基于支持向量機的復合材料層合板結構可靠性研究.pdf

1、目前，復合材料層合板結構的系統(tǒng)可靠性分析尤其是考慮分層失效形式的系統(tǒng)可靠性分析的相關文獻并不多見。很多研究只針對層合板元件而非系統(tǒng)進行分析，即認為任一層板失效則系統(tǒng)失效，而且沒有考慮分層失效形式。導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構可靠性分析的力學分析手段，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算層間應力；二是難以給出元件和失效模式的功能函數(shù)對基本隨機變量的顯式形式，從而不易進行相關性分析。為更好

2、的研究考慮分層失效的復合材料層合板結構系統(tǒng)可靠性問題，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構應力分析手段；將統(tǒng)計學中的支持向量機（SVM）用于給出層合板功能函數(shù)對基本隨機變量的顯式形式，從而建立層合板結構的系統(tǒng)可靠性分析模型；提出了考慮全部漸進損傷失效形式的復合材料層合板可靠性分析方法。主要研究內容和成果如下：
　　1.通過對層合板力學分析理論、近似顯式化功能函數(shù)的方法和傳統(tǒng)層合板可靠性

3、分析的相關文獻進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分析手段，從而準確計算層間應力和平面應力，進而實現(xiàn)了考慮分層失效的可靠性分析。詳細推導了該理論及其有限元法，給出中間參數(shù)的表達式；提出用Hammer數(shù)值積分與高斯數(shù)值積分結合法計算單元剛度的多重積分，推導了等效節(jié)點載荷的高斯數(shù)值積分公式；提出考慮橫法向應變，在橫向位移模式中加入局部位移項的改進方法；完成了層

4、合板的結構應力尤其是層間應力的計算。
　　3.針對層合板可靠性分析中的隱式功能函數(shù)問題，采用支持向量機訓練出顯式化功能函數(shù)，解決失效模式間相關系數(shù)的計算問題。采用網(wǎng)格搜索結合交叉驗證法尋求SVM最優(yōu)參數(shù)。提出對每個變量樣本集單獨歸一化而不是整體歸一化，推導了對訓練樣本點歸一化后的近似顯式功能函數(shù)對基本變量的響應值和一階導數(shù)計算公式，從而方便結合傳統(tǒng)可靠性分析方法計算可靠性指標。
　　4.建立基于支持向量機的層合板系統(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，通過分析應力的變化規(guī)律，總結了簡化對稱層合板可靠性分析的技巧；然后將 GLHSDT得到的應力值作為輸入帶入到隱式功能函數(shù)中，得到樣本集，并用支持向量機進行訓練，對得到的顯式化功能函數(shù)采用改進的一次二階矩法計算元件的可靠性指標；提出針對復合材料層合板的分枝限界法識別主要失效模式；針對GLHSDT建立剛度減縮模型，將本構關系矩陣按元件失效形式進行減縮；最后利用界限法和PNET法計算層合板的系統(tǒng)可靠度。