一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法及系统与流程

1.本技术涉及结构阻尼比计算领域，尤其涉及一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法及系统。


背景技术：

2.大型航空风洞用主压缩机运行范围广，工作环境恶劣，非定常气流流致振动效应强，如设计不当，会导致叶片出现疲劳破坏，需要开展结构动力特性计算与疲劳评估。叶片在复杂非稳态的流场中的振动机械能需要通过结构的阻尼效应耗散，结构动响应是阻尼的函数，同时阻尼的数值又高度依赖于叶片的应力状态，因此在对叶片动力特性进行评估时，阻尼数学模型的精确建模及计算动载荷作用下结构响应精度产生较大影响，是叶片可靠性设计中不可忽视的重要环节。
3.为满足结构轻量化和高强度的需求，纤维增强复合材料广泛应用于航空发动机、风力发电机和大型航空风洞压缩机的叶片结构设计中。复合材料具有良好的承载、吸波、减震、降噪、抗疲劳性能和损伤的特点，还具有优于常规结构材料的阻尼特性，对结构的振动控制及提高承受循环和冲击载荷能力非常有益。但是复合材料阻尼机理复杂，耗散机制与金属材料完全不同，复合材料结构的材料阻尼与层合板的铺层设计、载荷条件等因素高度相关，无法仅靠计算或测试直接获取数值。近年来，国内外对于纤维增强复合材料阻尼模型的研究，建立在线性粘弹性的基础上，大致分为微观模型和宏观模型。其中宏观模型研究的对象是单个铺层和整个层合板以及结构，它的目的是考察结构总体的阻尼特性，一般考虑的因素是纤维铺设角度、铺设顺序、频率以及应力等，适合于工程应用。实验方面，以振动实验代表的实验方法仍是材料结构阻尼测定和研究的主要手段。
4.在复合材料应用方面，以上技术手段在航空发动机、风力发电机、工业燃气轮机等均有应用。目前，针对复合材料在受载条件下，特别是共振条件下的材料阻尼，大多依据于经验估算。为准确获得结构的抗疲劳特性，不仅要开展材料级别的测量研究，同时也要进行结构级别的数值计算。最终形成一套复合材料结构材料阻尼比的计算方法，为结构强度计算与可靠性分析的准确性提供依据。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法及系统，以解决现有的针对于复合材料在受载条件下，特别是共振条件下的材料阻尼计算，大多依据于经验估算，计算结果没有可靠性以及准确性的技术问题。
6.本技术第一方面提供了一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，包括如下步骤：
7.基于阻尼比测试系统，获取复合材料结构各方向的比阻尼；所述阻尼比测试系统包括设置于复合材料结构两端的激振器和响应传感器，还包括信号发生器、记录装置及放大器；所述信号发生器用于将发出的信号经放大器放大后发送至激振器；所述记录装置内
配置有动态信号测试分析系统，用于接收经放大器放大后的来自响应传感器的信号，并根据接收的信号得到复合材料结构各方向的比阻尼；
8.基于复合材料结构特性及铺层参数，建立复合材料结构的三维模型；
9.基于复合材料结构的三维模型，结合复合材料结构在受载工况下的受力参数，建立复合材料结构的有限元模型；
10.基于复合材料结构的有限元模型，设置初始阻尼比开展复合材料结构的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；
11.基于复合材料结构总应变能，计算复合材料结构阻尼耗能；
12.基于复合材料结构总应变能和阻尼耗能，计算中间阻尼比；
13.基于中间阻尼比，进行迭代求解，直至复合材料结构的阻尼特性稳定，输出目标阻尼比，作为受载工况下复合材料结构阻尼比。
14.在一些实施例中，所述获取复合材料结构各方向的比阻尼的步骤包括：
15.基于阻尼比测试系统，激发复合材料结构发生共振，计算复合材料结构的阻尼比；
16.基于复合材料结构的阻尼比，计算复合材料结构各方向的比阻尼ψ
ij
；
17.复合材料结构ψ
ij
为：
[0018][0019][0020]
ψ
ij
＝2πη；
[0021]
式中，ρ1为碳纤维材料密度，h1为碳纤维材料厚度，为碳纤维层厚度和金属层厚度之比，为碳纤维材料密度和金属材料密度之比，为弹性杨氏模量比，f
0i
为金属板第i阶模态共振频率，f
si
为复合板第i阶模态共振频率，β＝4+6t+4t2，η
si
为复合板的损耗因子。
[0022]
在一些实施例中，所述复合材料结构的阻尼比的计算方法包括：
[0023]
获取复合材料结构的相距l周期的幅值bn和b
n+l
；
[0024]
基于bn和b
n+l
，计算复合材料结构的阻尼比；
[0025]
复合材料结构的阻尼比为：
[0026][0027]
在一些实施例中，所述复合材料结构的阻尼比的计算方法包括：
[0028]
获取复合材料结构的自由衰减信号；
[0029]
基于自由衰减信号，进行包络线拟合，生成拟合曲线；
[0030]
拟合曲线为：
[0031]
y＝c0+ae-bt
；
[0032]
基于拟合曲线，计算复合材料结构的阻尼比；
[0033]
复合材料结构的阻尼比为：
[0034][0035]
在一些实施例中，所述复合材料结构包括：
[0036]
至少一个以复合材料结构纤维方向与主轴方向夹角为0
°
的切片样本；
[0037]
至少一个以复合材料结构纤维方向与主轴方向夹角为45
°
的切片样本；
[0038]
至少一个以复合材料结构纤维方向与主轴方向夹角为90
°
的切片样本。
[0039]
在一些实施例中，所述计算复合材料结构应变能包括：
[0040]
获取复合材料结构单元k的应变能；
[0041]
单元k的应变能为：
[0042][0043]
式中，代表单元k对应于应力分量的应变能分量；
[0044]
基于复合材料结构单元k的应变能，获取复合材料结构总应变能；
[0045]
总应变能为：
[0046][0047][0048][0049][0050]
式中，vk为单元k的积分体积；n代表系统中的单元总数；w代表总应变能。
[0051]
在一些实施例中，所述复合材料结构阻尼比耗能为：
[0052][0053][0054]
式中，ψ
ij
代表复合材料结构对应各方向的阻尼比；
[0055]
其中，复合材料层合板的面内应变能占主要成分，因此复合材料结构阻尼耗能公式主要由前三项叠加而成，所以复合材料结构阻尼耗能可简化为：
[0056][0057]
在一些实施例中，所述复合材料结构阻尼比为：
[0058][0059][0060]
其中，do与uk相等，wo与w相等。
[0061]
本技术第二方面提供了一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算系统，实现上述第一方面任一项所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，包括：
[0062]
获取模块，被配置为基于阻尼比测试系统，获取复合材料结构各方向的比阻尼；
[0063]
第一计算模块，被配置为基于复合材料结构特点和铺层参数，建立复合材料结构的三维模型；
[0064]
第二计算模块，被配置为基于复合材料结构的三维模型，结合复合材料结构在受载工况下的受力参数，建立复合材料结构的有限元模型；
[0065]
第三计算模块，被配置为基于复合材料结构的有限元模型，设置初始阻尼比开展复合材料结构的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；
[0066]
第四计算模块，被配置为基于复合材料结构总应变能，计算复合材料结构阻尼耗能；
[0067]
第五计算模块，被配置为基于复合材料结构总应变能和阻尼耗能，计算中间阻尼比；
[0068]
生成模块，被配置为基于中间阻尼比，进行迭代求解，直至复合材料结构的阻尼特性稳定，输出目标复合阻尼比，作为受载工况下复合材料结构阻尼比。
[0069]
在一些实施例中，所述获取模块包括：
[0070]
第一计算单元，被配置为基于阻尼比测试系统，激发复合材料结构发生共振，计算复合材料结构的阻尼比；
[0071]
第二计算单元，被配置为基于复合材料结构的阻尼比，计算复合材料结构各方向的比阻尼ψ
ij
。
[0072]
本技术实施例提供一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法及系统，包括如下步骤：基于阻尼比测试系统，获取复合材料各方向的比阻尼；所述阻尼比测试系统包括设置于复合材料两端的激振器和响应传感器，还包括信号发生器、记录装置及放大器；所述信号发生器用于将发出的信号经放大器放大后发送至激振器；所述记录装置内配置有动态信号测试分析系统，用于接收经放大器放大后的来自响应传感器的信号，并根据接收的信号得到复合材料各方向的比阻尼；基于复合材料铺层参数，建立复合材料结构的三维模型；基于复合材料结构的三维模型，结合复合材料结构在受载工况下的受力参数，建立复合材料结构的有限元模型；基于复合材料的有限元模型，设置初始阻尼比开展复合材料的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；基于复合材料结构总应变能，计算复合材料结构阻尼耗能；基于复合材料结构总应变能和阻尼耗能，计算中间阻尼比；基于中间阻尼比，进行迭代求解，直至复合材料的阻尼特性稳定，输出目标复合阻尼比，作为受载工况下复合材料结构阻尼比，以实现针对于复合材料在受载条件下，特别是共振条件下的材料阻尼计算，得到可靠性以及准确性的计算结果。
附图说明
[0073]
为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0074]
图1为本技术中受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法的流程图；
[0075]
图2为本技术中阻尼比测试系统的示意图；
[0076]
图3为本技术中复合材料的示意图；
[0077]
图4为本技术中复合材料切片样本的示意图；
[0078]
图5为本技术中受载工况下复合材料结构阻尼比的计算系统的示意图；
[0079]
图6为本技术中获取模块的示意图。
[0080]
附图标记说明：
[0081]
1-获取模块；11-第一计算单元；12-第二计算单元；2-第一计算模块；3-第二计算模块；4-第三计算模块；5-第四计算模块；6-第五计算模块；7-生成模块。
具体实施方式
[0082]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
[0083]
由于在一些技术中，针对于复合材料在受载条件下，特别是共振条件下的材料阻尼计算，大多依据于经验估算，计算结果没有可靠性以及准确性，为了解决该技术问题，本技术提供了一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法及系统，下面对受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法及系统进行说明：
[0084]
由图1可知本技术第一方面提供了一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，包括如下步骤：
[0085]
基于阻尼比测试系统，获取复合材料各方向的比阻尼；所述阻尼比测试系统包括设置于复合材料两端的激振器和响应传感器，还包括信号发生器、记录装置及放大器；所述信号发生器用于将发出的信号经放大器放大后发送至激振器；所述记录装置内配置有动态信号测试分析系统，用于接收经放大器放大后的来自响应传感器的信号，并根据接收的信号得到复合材料各方向的比阻尼；比阻尼为根据复合材料测试得到的；其中，为便于非接触激振器和电涡流位移传感器的信号传输，将复合材料铺设在金属基板上制备成复合试样。先测量复合结构的比阻尼，再计算出复合材料的比阻尼。本技术选用以复合材料纤维方向与主轴方向夹角为0
°
、45
°
、90
°
的切片样本，每种切片样本选取5个，如图4所示；如图2和图3所示，本技术通过阻尼比测试系统通过夹具将复合材料夹持在测试系统上，通过一端设置的所述激振器连接的所述信号发生器发出信号，在经由与所述激振器连接的所述放大器将信号放大，从而经由所述激振器作用于复合结构上，所述响应传感器接收来自复合结构的信号信息，经由放大器将信号放大，传递至所述记录装置中，在经由所述记录装置中的所述动态信号测试分析系统对信号信息进行分析，从而获取复合材料各方向的比阻尼；其中，复
合材料各方向的比阻尼的测试，参照国标gb/t 18258-2000《阻尼材料-阻尼性能测试方法》和美标astm e756-04《standard test method for measuring vibration-damping properties of materials》要求；
[0086]
基于复合材料结构特性及铺层参数，建立复合材料的三维模型；通过基于复合材料结构特性及铺层参数，建立复合材料的三维模型，确定复合材料结构的材料参数；
[0087]
基于复合材料的三维模型，结合复合材料在受载工况下的受力参数，建立复合材料结构的有限元模型；确定复合材料的材料参数后，模拟复合材料在受载工况下的状态，输入复合材料在受载工况下的受力参数，生成复合材料的有限元模型；根据的工作环境、载荷以及边界条件，建立有限元模型；
[0088]
基于复合材料的有限元模型，设置初始阻尼比开展复合材料的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；开展复合材料结构的动力响应计算，首先根据复合材料的材质等信息设置一个复合材料结构阻尼比的初值，计算结构在阻尼作用共振状态下的动力响应，输出结构的单元、应力及应变能信息；
[0089]
基于复合材料结构总应变能，计算复合材料结构阻尼耗能；
[0090]
基于复合材料结构总应变能和阻尼耗能，计算中间阻尼比；中间阻尼比是接近于目标阻尼比的中间值，所述中间阻尼比取决于设置的初值，若初值的设定接近于目标阻尼比，则后续就无需多次进行迭代求解；
[0091]
基于中间阻尼比，进行迭代求解，直至复合材料的阻尼特性稳定，输出目标阻尼比，作为受载工况下复合材料结构阻尼比。目标阻尼比是复合材料结构在受载工况下的阻尼特性达到稳定的数值，最终以复合材料在受载工况下的阻尼特性达到稳定的数值作为最终输出结果，作为受载工况下复合材料结构阻尼比。
[0092]
在该实施例中，阻尼比测试系统中使用的非接触激振器为电磁激振器，传感器为电涡流位移传感器，均只适用于金属试样。如遇到非金属结构，需要在试样表面黏贴一部分磁性结构用于加载和信号采集。采用此种方式会额外增加试样的重量，导致测试结果产生误差。所以，针对复合材料试样，将复合材料铺设在金属基板上制备成复合试样。先测量复合结构的阻尼比，再根据标准中给出的方法计算出碳纤维复合材料的阻尼比。制备纤维方向与主轴方向(试样长度方向)夹角θ为0
°
、90
°
和45
°
的试样，每个试样制备5条，一共15条，用于获得参数。再制备(45
°
/0
°
/-45
°
/90
°
)3s铺层的试样5条，用于数值计算与实验结果对比。
[0093]
在该实施例中，材料阻尼是指材料在振动时由于材料的晶粒相互摩擦等内部原因引起的机械振动能量损耗的现象。通常用损耗因子或阻尼比来表示该材料的阻尼大小。材料阻尼特性与材料的内部组织和结构有关，还在很大程度上受服役环境如温度、受力程度、振动频率、磁场和辐射等的影响。
[0094]
在该实施例中，所述获取复合材料各方向的比阻尼的步骤包括：
[0095]
基于阻尼比测试系统，激发复合材料发生共振，计算复合材料结构的阻尼比；其中，激发复合材料发生共振，为获取复合材料相距l周期的幅值bn和b
n+l
或复合材料的自由衰减信号；
[0096]
基于复合材料结构的阻尼比，计算复合材料各方向的比阻尼ψ
ij
；利用所述阻尼比测试系统采用自由衰减法进行测量，并对获得的时域信号进行滤波和平衡处理后，对复合
材料各方向的比阻尼ψ
ij
进行计算；
[0097]
复合材料结构ψ
ij
为：
[0098][0099][0100]
ψ
ij
＝2πη；
[0101]
式中，ρ1为碳纤维材料密度，h1为碳纤维材料厚度，为碳纤维层厚度和金属层厚度之比，为碳纤维材料密度和金属材料密度之比，为弹性杨氏模量比，f
0i
为金属板第i阶模态共振频率，f
si
为复合板第i阶模态共振频率，β＝4+6t+4t2，η
si
为复合板的损耗因子。
[0102]
在该实施例中，所述复合材料结构的阻尼比的计算方法包括：
[0103]
获取复合材料相距l周期的幅值bn和b
n+l
；
[0104]
基于bn和b
n+l
，计算复合材料结构的阻尼比；
[0105]
复合材料结构的阻尼比为：
[0106][0107]
在该实施例中，所述复合材料结构的阻尼比的计算方法包括：
[0108]
获取复合材料的自由衰减信号；
[0109]
基于自由衰减信号，进行包络线拟合，生成拟合曲线；利用所述阻尼比测试系统采用自由衰减法进行测量，并对获得的时域信号进行滤波和平衡处理后，对复合材料结构阻尼比进行计算；使用包络线拟合法，此方法对于具有复合频率的信号同样可以得到准确的结果。低临界阻尼系统中自振衰减时每个周期的振动幅值点可组成曲线x＝be-εt
；
[0110]
拟合曲线为：
[0111]
y＝c0+ae-bt
；
[0112]
基于拟合曲线，计算复合材料结构的阻尼比；其中拟合公式中得到的b值近似为所求的阻尼特性系数ε；
[0113]
复合材料结构的阻尼比为：
[0114][0115]
由图4可知，所述复合材料包括：至少一个以复合材料纤维方向与主轴方向夹角为0
°
的切片样本；至少一个以复合材料纤维方向与主轴方向夹角为45
°
的切片样本；至少一个
以复合材料纤维方向与主轴方向夹角为90
°
的切片样本。通过选取三个不同以复合材料纤维方向与主轴方向为夹角的切片样本，从而在对受载工况下复合材料结构阻尼比的计算上结果上会更精准。分别测定0度，45度和90度铺层的单向层合板的阻尼比可推导出ψij的数值，ψ
ij
值的大小跟循环应力振幅相关，但对于较小的振动振幅(达到极限强度的10-20％)，它们可被视为常数。
[0116]
在该实施例中，所述计算复合材料结构应变能包括：
[0117]
获取复合材料结构单元k的应变能；
[0118]
单元k的应变能为：
[0119][0120]
式中，代表单元k对应于应力分量的应变能分量；
[0121]
基于复合材料结构单元k的应变能，获取复合材料结构总应变能；系统的应变能应分解为各个应力分量的应变能分量的叠加；
[0122]
总应变能为：
[0123][0124][0125][0126][0127]
式中，vk为单元k的积分体积；n代表系统中的单元总数；w代表总应变能。
[0128]
在该实施例中，所述复合材料结构阻尼比耗能为：
[0129][0130][0131]
式中，ψ
ij
代表复合材料对应各方向的阻尼比；
[0132]
其中，复合材料层合板的面内应变能占主要成分，因此复合材料结构阻尼耗能公式主要由前三项叠加而成，所以复合材料结构阻尼耗能可简化为：
[0133][0134]
在该实施例中，阻尼耗散能是由各个应力分量引起的耗散能累加而成。
[0135]
在该实施例中，所述复合材料结构阻尼比为：
[0136][0137]
[0138]
其中，do与uk相等，wo与w相等。
[0139]
在该实施例中，纤维增强复合材料的阻尼是金属材料的几十到几百倍，与传统的金属、合金等均匀各向同性材料的阻尼机理有很大区别。纤维增强复合材料具有各项异性的特点，材料各个方向的阻尼耗散能力不同。系统的应变能应分解为各个应力分量的应变能分量的叠加，阻尼耗散能也是由各个应力分量引起的耗散能累加而成。在有限元分析中，系统的总应变能和耗散能是所有单元的应变能和耗散能的叠加。
[0140]
本技术提供的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法的的研究立足国内外成熟的耗散能模型，结合动力有限元分析技术及试验测试，建立受载工况下复合材料结构材料阻尼比计算方法。成果已经应用于大风洞主压缩机可靠性设计中，对建立精确的结构动力学模型、结构动态稳定性分析、响应预测、结构优化等方面都具有十分重要的意义。
[0141]
由图5可知，本技术第二方面提供了一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算系统，实现上述任一实施例所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，包括：获取模块1，被配置为基于阻尼比测试系统，获取复合材料各方向的比阻尼；第一计算模块2，被配置为基于复合材料结构特性及铺层参数，建立复合材料的三维模型；第二计算模块3，被配置为基于复合材料的三维模型，结合复合材料在受载工况下的受力参数，建立复合材料的有限元模型；第三计算模块4，被配置为基于复合材料的有限元模型，对所述结构开展复合材料的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；第四计算模块5，被配置为基于复合材料结构总应变能，计算复合材料结构阻尼耗能；第五计算模块6，被配置为基于复合材料结构总应变能和阻尼耗能，计算中间阻尼比；生成模块7，被配置为基于中间阻尼比，进行迭代求解，直至复合材料的阻尼特性稳定，输出目标复合阻尼比，作为受载工况下复合材料结构阻尼比。上述系统在执行上述方法时各部分的作用效果可参见上述方法实施例，在此不予赘述。
[0142]
由图6可知，所述获取模块1包括：第一计算单元11，被配置为基于阻尼比测试系统，激发复合材料发生共振，计算复合材料结构的阻尼比；第二计算单元12，被配置为基于复合材料结构的阻尼比，计算复合材料结构各方向的比阻尼ψ
ij
。上述系统在执行上述方法时各部分的作用效果可参见上述方法实施例，在此不予赘述。
[0143]
以上的具体实施方式，对本技术实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本技术实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本技术实施例的保护范围，凡在本技术实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本技术实施例的保护范围之内。

技术特征：
1.一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：基于阻尼比测试系统，获取复合材料各方向的比阻尼；所述阻尼比测试系统包括设置于复合材料两端的激振器和响应传感器，还包括信号发生器、记录装置及放大器；所述信号发生器用于将发出的信号经放大器放大后发送至激振器；所述记录装置内配置有动态信号测试分析系统，用于接收经放大器放大后的来自响应传感器的信号，并根据接收的信号得到复合材料各个方向的比阻尼；基于复合材料结构及铺层参数，建立复合材料的三维模型；基于复合材料的三维模型，结合复合材料在受载工况下的受力参数，建立复合材料的有限元模型；基于复合材料的有限元模型，设置初始阻尼比开展复合材料结构的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；基于复合材料各个方向的比阻尼，计算复合材料结构阻尼耗能；基于复合材料结构总应变能和阻尼耗能，计算中间阻尼比；基于中间阻尼比，进行迭代求解，直至复合材料的阻尼特性稳定，输出目标阻尼比，作为受载工况下复合材料结构阻尼比。2.根据权利要求1所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，所述获取复合材料各方向的比阻尼的步骤包括：基于阻尼比测试系统，激发复合材料结构发生共振，计算复合材料结构的比阻尼；基于复合材料结构的比阻尼，计算复合材料各方向的比阻尼ψ
ij
；复合材料比阻尼ψ
ij
为：为：ψ
ij
＝2πη；式中，ρ1为碳纤维材料密度，h1为碳纤维材料厚度，为碳纤维层厚度和金属层厚度之比，为碳纤维材料密度和金属材料密度之比，为弹性杨氏模量比，f
0i
为金属板第i阶模态共振频率，f
si
为复合板第i阶模态共振频率，β＝4+6t+4t2，η
si
为复合板的损耗因子。3.根据权利要求2所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，所述复合材料结构的比阻尼的计算方法包括：获取复合材料结构的相距l周期的幅值b
n
和b
n+l
；基于b
n
和b
n+l
，计算复合材料结构的比阻尼；复合材料结构的比阻尼为：
4.根据权利要求2所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，所述复合材料结构的比阻尼的计算方法包括：获取复合材料的自由衰减信号；基于自由衰减信号，进行包络线拟合，生成拟合曲线；拟合曲线为：y＝c0+ae-bt
；基于拟合曲线，计算复合材料结构的比阻尼；复合材料结构的比阻尼为：5.根据权利要求1所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，所述复合材料包括：至少一个以复合材料纤维方向与主轴方向夹角为0
°
的切片样本；至少一个以复合材料纤维方向与主轴方向夹角为45
°
的切片样本；至少一个以复合材料纤维方向与主轴方向夹角为90
°
的切片样本。6.根据权利要求1所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，所述计算复合材料结构应变能包括：获取复合材料结构单元k的应变能；单元k的应变能为：式中，代表单元k对应于应力分量的应变能分量；基于复合材料结构单元k的应变能，获取复合材料结构总应变能；总应变能为：总应变能为：总应变能为：总应变能为：式中，v
k
为单元k的积分体积；n代表系统中的单元总数；w代表总应变能。7.根据权利要求6所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，所述复合材料结构阻尼比耗能为：
式中，ψ
ij
代表复合材料结构对应各方向的阻尼比；其中，复合材料层合板的面内应变能占主要成分，因此复合材料结构阻尼耗能公式主要由前三项叠加而成，所以复合材料结构阻尼耗能可简化为：8.根据权利要求7所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，所述复合材料结构阻尼比为：于，所述复合材料结构阻尼比为：其中，d
o
与u
k
相等，w
o
与w相等。9.一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算系统，实现上述权利要求1至8中任一项所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法，其特征在于，包括：获取模块(1)，被配置为基于阻尼比测试系统，获取复合材料各方向的比阻尼；第一计算模块(2)，被配置为基于复合材料结构特性及铺层参数，建立复合材料的三维模型；第二计算模块(3)，被配置为基于复合材料的三维模型，结合复合材料在受载工况下的受力参数，建立复合材料的有限元模型；第三计算模块(4)，被配置为基于复合材料的有限元模型，设置初始阻尼比开展复合材料的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；第四计算模块(5)，被配置为基于复合材料结构总应变能，计算复合材料结构阻尼耗能；第五计算模块(6)，被配置为基于复合材料结构总应变能和阻尼耗能，计算中间阻尼比；生成模块(7)，被配置为基于中间阻尼比，进行迭代求解，直至复合材料结构的阻尼特性稳定，输出目标复合阻尼比，作为受载工况下复合材料结构阻尼比。10.根据权利要求9所述的一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算系统，其特征在于，所述获取模块(1)包括：第一计算单元(11)，被配置为基于阻尼比测试系统，激发复合材料发生共振，计算复合材料结构的阻尼比；第二计算单元(12)，被配置为基于复合材料结构的阻尼比，计算复合材料各方向的比阻尼ψ
ij
。

技术总结
本申请提供一种受载工况下复合材料结构阻尼比的计算方法及系统，包括：基于阻尼比测试系统，获取复合材料各方向的比阻尼；基于复合材料结构特性及铺层参数，建立复合材料结构的三维模型；建立复合材料结构的有限元模型；设置初始阻尼比开展复合材料结构的动力特性计算，计算复合材料结构总应变能；根据测试获得的复合材料各个方向的比阻尼，计算复合材料结构阻尼耗能；计算中间阻尼比；直至复合材料结构的阻尼特性稳定，输出目标阻尼比，作为受载工况下复合材料结构的材料阻尼比，以解决目前针对于复合材料结构，例如复材叶片结构，在受载条件下，特别是共振条件下的材料阻尼计算，大多依据于经验估算，无可靠依据的问题。无可靠依据的问题。无可靠依据的问题。


技术研发人员：郭婷 王跃方 关晓 孙奇 王杨 于小丹 石海 包翠敏
受保护的技术使用者：大连透平机械技术发展有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/1