Published August 28, 2020 | Version v1
Publication Metadata-only

Optimized Polynomial Virtual Fields Method for Constitutive Parameters Identification of Orthotropic Bimaterials

Creators

  • 1. Beijing Forestry University

Description

Heterogeneous materials are widely applied in many fields. Owing to the spatial variation of its constitutive parameters, the mechanical characterization of heterogeneous materials is very important. The virtual fields method has been used to identify the constitutive parameters of materials. However, there is a limitation: constitutive parameters of one material have to be a priori; then, constitutive parameters of the other one can be identified. Aiming at this limitation, this article presents a method to identify the constitutive parameters of heterogeneous orthotropic bimaterials under the condition that constitutive parameters of both materials are all unknown from a single test. A constitutive parameter identification method of orthotropic bimaterials based on optimized virtual field and digital image correlation is proposed. The feasibility of this method is verified by simulating the deformation fields of a two-layer material under three-point bending load. The results of numerical experiments with FEM simulations show that the weighted relative error of the constitutive parameter is less than 1%. The results suggest that the variation coefficient-to-noise ratio can perform a priori evaluation of a confidence interval on the identified stiffness components. The results of numerical experiments with DIC simulations show that the weighted relative error is 1.44%, which is due to the noise in the strain data calculated by DIC method.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتم تطبيق المواد غير المتجانسة على نطاق واسع في العديد من المجالات. نظرًا للاختلاف المكاني لمعلماته التأسيسية، فإن التوصيف الميكانيكي للمواد غير المتجانسة مهم جدًا. تم استخدام طريقة الحقول الافتراضية لتحديد المعلمات التأسيسية للمواد. ومع ذلك، هناك قيود: يجب أن تكون المعلمات التأسيسية لمادة واحدة بداهة ؛ ثم، يمكن تحديد المعلمات التأسيسية للمادة الأخرى. بهدف هذا القيد، تقدم هذه المقالة طريقة لتحديد المعلمات التأسيسية للمواد ثنائية الخواص غير المتجانسة بشرط أن تكون جميع المعلمات التأسيسية لكلا المادتين غير معروفة من اختبار واحد. يتم اقتراح طريقة تحديد المعلمة التأسيسية للمواد الثنائية لتقويم العظام بناءً على المجال الافتراضي الأمثل وارتباط الصورة الرقمية. يتم التحقق من جدوى هذه الطريقة من خلال محاكاة حقول التشوه لمادة من طبقتين تحت حمل الانحناء ثلاثي النقاط. تظهر نتائج التجارب العددية باستخدام محاكاة FEM أن الخطأ النسبي المرجح للمعلمة التأسيسية أقل من 1 ٪. تشير النتائج إلى أن نسبة معامل التباين إلى الضوضاء يمكن أن تجري تقييمًا مسبقًا لفاصل الثقة على مكونات الصلابة المحددة. تظهر نتائج التجارب العددية باستخدام محاكاة DIC أن الخطأ النسبي المرجح هو 1.44 ٪، وهو ما يرجع إلى الضوضاء في بيانات الانفعال المحسوبة بطريقة DIC.

Translated Description (French)

Les matériaux hétérogènes sont largement appliqués dans de nombreux domaines. En raison de la variation spatiale de ses paramètres constitutifs, la caractérisation mécanique des matériaux hétérogènes est très importante. La méthode des champs virtuels a été utilisée pour identifier les paramètres constitutifs des matériaux. Cependant, il y a une limitation : les paramètres constitutifs d'un matériau doivent être a priori ; ensuite, les paramètres constitutifs de l'autre peuvent être identifiés. Visant cette limitation, cet article présente une méthode pour identifier les paramètres constitutifs des bimatériaux orthotropes hétérogènes à condition que les paramètres constitutifs des deux matériaux soient tous inconnus à partir d'un seul test. L'invention concerne un procédé d'identification de paramètres constitutifs de bimatériaux orthotropes basé sur une corrélation de champ virtuel et d'image numérique optimisée. La faisabilité de cette méthode est vérifiée en simulant les champs de déformation d'un matériau à deux couches sous une charge de flexion à trois points. Les résultats d'expériences numériques avec des simulations FEM montrent que l'erreur relative pondérée du paramètre constitutif est inférieure à 1%. Les résultats suggèrent que le rapport coefficient de variation/bruit peut effectuer une évaluation a priori d'un intervalle de confiance sur les composantes de rigidité identifiées. Les résultats d'expériences numériques avec des simulations DIC montrent que l'erreur relative pondérée est de 1,44%, ce qui est dû au bruit dans les données de déformation calculées par la méthode DIC.

Translated Description (Spanish)

Los materiales heterogéneos se aplican ampliamente en muchos campos. Debido a la variación espacial de sus parámetros constitutivos, la caracterización mecánica de materiales heterogéneos es muy importante. Se ha utilizado el método de campos virtuales para identificar los parámetros constitutivos de los materiales. Sin embargo, hay una limitación: los parámetros constitutivos de un material tienen que ser a priori; luego, se pueden identificar los parámetros constitutivos del otro. Con el objetivo de esta limitación, este artículo presenta un método para identificar los parámetros constitutivos de bimateriales ortotrópicos heterogéneos bajo la condición de que los parámetros constitutivos de ambos materiales sean todos desconocidos de una sola prueba. Se propone un método de identificación de parámetros constitutivos de bimateriales ortotrópicos basado en correlación optimizada de campo virtual e imagen digital. La viabilidad de este método se verifica simulando los campos de deformación de un material de dos capas bajo una carga de flexión de tres puntos. Los resultados de los experimentos numéricos con simulaciones FEM muestran que el error relativo ponderado del parámetro constitutivo es inferior al 1%. Los resultados sugieren que la relación entre el coeficiente de variación y el ruido puede realizar una evaluación a priori de un intervalo de confianza en los componentes de rigidez identificados. Los resultados de los experimentos numéricos con simulaciones de CID muestran que el error relativo ponderado es del 1,44%, lo que se debe al ruido en los datos de deformación calculados por el método CID.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
طريقة الحقول الافتراضية متعددة الحدود المحسنة لتحديد المعلمات التأسيسية للمواد ثنائية التوجه العظمي
Translated title (French)
Méthode des champs virtuels polynomiaux optimisés pour l'identification des paramètres constitutifs des bimatériaux orthotropes
Translated title (Spanish)
Método de campos virtuales polinómicos optimizados para la identificación de parámetros constitutivos de bimateriales ortotrópicos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3082711380
DOI
10.1155/2020/2974723

Is supplement to
https://openalex.org/W377279688 (Other)
https://openalex.org/W2810138845 (Other)
https://openalex.org/W2777101405 (Other)
https://openalex.org/W2365108511 (Other)
https://openalex.org/W2071721900 (Other)
https://openalex.org/W2063452981 (Other)
https://openalex.org/W2054720939 (Other)
https://openalex.org/W2022568324 (Other)
https://openalex.org/W1993621285 (Other)
https://openalex.org/W102766838 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1907012281
  • https://openalex.org/W1967742996
  • https://openalex.org/W1971604249
  • https://openalex.org/W1980002603
  • https://openalex.org/W1985621820
  • https://openalex.org/W1993041911
  • https://openalex.org/W2000355822
  • https://openalex.org/W2045725879
  • https://openalex.org/W2052717239
  • https://openalex.org/W2074152900
  • https://openalex.org/W2090486689
  • https://openalex.org/W2092774665
  • https://openalex.org/W2095130124
  • https://openalex.org/W2169055050
  • https://openalex.org/W2291044061
  • https://openalex.org/W2306177372
  • https://openalex.org/W2557954922
  • https://openalex.org/W2589420732
  • https://openalex.org/W2608471428
  • https://openalex.org/W2885440118
  • https://openalex.org/W2954383691
  • https://openalex.org/W3002811874
  • https://openalex.org/W3020797670