基于支持向量機(jī)的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)可靠性研究.pdf

1、目前，復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性分析尤其是考慮分層失效形式的系統(tǒng)可靠性分析的相關(guān)文獻(xiàn)并不多見(jiàn)。很多研究只針對(duì)層合板元件而非系統(tǒng)進(jìn)行分析，即認(rèn)為任一層板失效則系統(tǒng)失效，而且沒(méi)有考慮分層失效形式。導(dǎo)致以上研究局限的原因主要有兩方面：一是以前用于層合板結(jié)構(gòu)可靠性分析的力學(xué)分析手段，如經(jīng)典層合板理論和一階剪切變形理論很多情況下不能很好地計(jì)算層間應(yīng)力；二是難以給出元件和失效模式的功能函數(shù)對(duì)基本隨機(jī)變量的顯式形式，從而不易進(jìn)行相關(guān)性分析。為更好

2、的研究考慮分層失效的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性問(wèn)題，本文以基于整體局部高階剪切變形理論（GLHSDT）的有限元法作為可靠性分析中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析手段；將統(tǒng)計(jì)學(xué)中的支持向量機(jī)（SVM）用于給出層合板功能函數(shù)對(duì)基本隨機(jī)變量的顯式形式，從而建立層合板結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性分析模型；提出了考慮全部漸進(jìn)損傷失效形式的復(fù)合材料層合板可靠性分析方法。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　1.通過(guò)對(duì)層合板力學(xué)分析理論、近似顯式化功能函數(shù)的方法和傳統(tǒng)層合板可靠性

3、分析的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行較全面的綜述和分析，確定層合板可靠性分析的大體研究思路和方案。
　　2.將GLHSDT作為可靠性分析中的力學(xué)分析手段，從而準(zhǔn)確計(jì)算層間應(yīng)力和平面應(yīng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了考慮分層失效的可靠性分析。詳細(xì)推導(dǎo)了該理論及其有限元法，給出中間參數(shù)的表達(dá)式；提出用Hammer數(shù)值積分與高斯數(shù)值積分結(jié)合法計(jì)算單元?jiǎng)偠鹊亩嘀胤e分，推導(dǎo)了等效節(jié)點(diǎn)載荷的高斯數(shù)值積分公式；提出考慮橫法向應(yīng)變，在橫向位移模式中加入局部位移項(xiàng)的改進(jìn)方法；完成了層

4、合板的結(jié)構(gòu)應(yīng)力尤其是層間應(yīng)力的計(jì)算。
　　3.針對(duì)層合板可靠性分析中的隱式功能函數(shù)問(wèn)題，采用支持向量機(jī)訓(xùn)練出顯式化功能函數(shù)，解決失效模式間相關(guān)系數(shù)的計(jì)算問(wèn)題。采用網(wǎng)格搜索結(jié)合交叉驗(yàn)證法尋求SVM最優(yōu)參數(shù)。提出對(duì)每個(gè)變量樣本集單獨(dú)歸一化而不是整體歸一化，推導(dǎo)了對(duì)訓(xùn)練樣本點(diǎn)歸一化后的近似顯式功能函數(shù)對(duì)基本變量的響應(yīng)值和一階導(dǎo)數(shù)計(jì)算公式，從而方便結(jié)合傳統(tǒng)可靠性分析方法計(jì)算可靠性指標(biāo)。
　　4.建立基于支持向量機(jī)的層合板系統(tǒng)可靠性分

5、析方法。首先定義了元件和系統(tǒng)的劃分方式，通過(guò)分析應(yīng)力的變化規(guī)律，總結(jié)了簡(jiǎn)化對(duì)稱層合板可靠性分析的技巧；然后將 GLHSDT得到的應(yīng)力值作為輸入帶入到隱式功能函數(shù)中，得到樣本集，并用支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)得到的顯式化功能函數(shù)采用改進(jìn)的一次二階矩法計(jì)算元件的可靠性指標(biāo)；提出針對(duì)復(fù)合材料層合板的分枝限界法識(shí)別主要失效模式；針對(duì)GLHSDT建立剛度減縮模型，將本構(gòu)關(guān)系矩陣按元件失效形式進(jìn)行減縮；最后利用界限法和PNET法計(jì)算層合板的系統(tǒng)可靠度。