基于模态试验的对接圆柱壳结构有限元模型修正EI北大核心CSCD

壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型,采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化,实现有限元模型修正。通过模态试验获得对接圆柱壳结构的试验模态参数,采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析,提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型,采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数,多目标遗传算法用于优化响应面参数,最终将修正后的参数代入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率,结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小,进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。     

基于试验模态的高速列车车体结构动力学模型修正研究

精确的有限元模型对于结构动态响应预测以及动态设计至关重要。利用模态试验数据,针对高速列车结构特点与动力学特性,深入分析设计空间方法选择、修正参数选择、响应面拟合和参数修正等关键问题,运用动力修正相关理论提出适合高速列车的基于试验模态车体动力学有限元模型修正方法。并运用该方法,采用模态试验数据修正高速列车车体结构的模态分析模型,频率的计算结果与试验结果的最大误差为-0.260 9%。研究验证基于模态试验数据高速列车车体动力学有限元模型的响应面修正方法的有效性。     

基于响应面法的印制电路板组件有限元模型修正

在将印制电路板及元器件材料视为正交各向异性前提下,提出基于响应面法的印制电路板组件(Printed Circuit Board Assembly,PCBA)有限元模型修正法。利用相关性分析筛选出对PCBA模态频率影响较大参数作为修正参数;据修正参数数目选择合适的试验设计获取样本点,构造多项式响应面模型;通过最小二乘法确定多项式系数并检验响应面拟合精度;用响应面计算结果与模态试验结果误差绝对值构造目标函数;通过多目标遗传算法(MOGA)迭代计算获得优化修正参数并代入有限元模型获得修正模型。以某航空电子产品某PCBA为案例,对比修正前后各阶模态频率与试验值误差。结果表明,修正后模型各阶模态频率与试验值相对误差均明显减小,验证该方法对PCBA模型修正的有效性。     

基于响应面方法的支架结构模型修正研究

为减小有限元建模中不可避免的误差,以支架结构模型为研究对象,选取结构不同部件的三个弹性模量和三个密度参数作为设计变量。根据中心复合设计,建立试验样本空间,利用样本参数的显著性分析结果筛选修正参数。结合线性回归方法,建立支架模态频率与修正参数的二阶多项式。以试验模态分析结果为依据,完成支架结构模型修正。响应面方法修正后的模态频率与试验模态频率具有一致性,且避免重复调用有限元模型,大大提高修正效率,具有修正响应快速性和工程实用性。     

基于响应面方法的叶栅摆动装置有限元模型修正

为提高叶栅摆动装置模态分析与模态试验的相关性,使用响应面方法对有限元模型多个参数进行优化,实现模型修正。首先使用有限元模型进行模态分析,提取整体模态;其次,采用移动传感器方法对大型装配体进行整体模态试验,通过模态判据准则检验模态试验结果、模态参与因子确定主要整体模态;再次,基于有限元模型误差分析,确定对主要部件分别采用不同材料修正参数,通过中心复合试验设计确定样本空间,使用多目标响应面方法对样本进行回归分析,在回归分析的响应面内对待修正参数进行非线性约束优化,得到最优解;最后,使用修正参数重新进行模态分析实现模型确认,并进行动力学计算,与实际测试结果对比。结果表明,修正后的模态分析与模态试验结果相关性提高,前三阶整体模态频率误差均值由9.71%减小至0.73%,振型相关性由0.74提升至0.89。     

基于响应面法的结构动力学模型修正

为了获得精确的结构动力学模型,提出了响应面和优化相结合的方法。利用参数化模型和优化拉丁方试验设计获取样本点构造多项式响应面模型,最小二乘法确定多项式系数并检验响应面的拟合精度。用响应面计算结果与实验结果的误差构造目标函数,自适应模拟退火算法来优化修正响应面参数,将修正后的参数值带入有限元模型得到修正模型。以欧洲航空科技组织的基准模型GARTEUR飞机模型为算例,对比修正前后模态频率,结果表明修正后的模型在测试频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,进而验证了基于响应面法与优化方法相结合的结构动力学有限元模型修正的有效性。     

C/SiC复合材料结构件热模态模型建模和修正方法

C/SiC材料是一种热的不良导体，在防热隔热领域具有重要的潜在应用前景。本文开展了C/SiC结构件的有限元模型修正方法研究。在热弹性理论的基础上推导了各向异性材料的应力-应变关系，建立了C/SiC复合材料层板在高热流密度条件下的系统泛函。建立了考虑温度效应的C/SiC复合材料结构的动力学有限元模型。提出了基于多层级思想的C/SiC复合材料结构模型修正方法。以模态频率差值最小为修正目标，复合材料力学、热学参数为修正变量，开展模型修正。模型修正结果表明，本文提出的方法具有良好的修正效果，能够准确修正结构热环境下的复合材料参数及边界条件。     

大跨度高空钢结构连廊的有限元模型修正

使用基于灵敏度分析和贝叶斯估计的有限元模型修正方法对复杂连体高层建筑群杭州市民中心的高空钢结构连廊进行了有限元模型修正.通过频率误差和模态置信因子计算,比较分析了修正前连廊数值模型的模态参数和基于环境激励下实测得到的连廊模态参数,以确定数值模型动力特性与实际结构动力特性的差异.通过模态参数对连廊构件物理参数的敏感度分析构造灵敏度矩阵,并在此基础上筛选出对结构模态参数影响程度大的参数.基于贝叶斯估计法构造参数加权矩阵和响应加权矩阵,根据待修正参数初始设计值的置信度设置参数允许的上下边界值,按一定的收敛准则进行迭代修正.修正后连廊模型的动力特性与实测动力特性有很好的一致性,修正模型可以用来对连廊进行振动控制、响应预测及性态评估.     

基于不同残差的动态有限元模型修正的比较研究

基于模态试验结果的设计参数型动态有限元模型修正方法,较多地采用模态频率、反共振频率、模态振型以及振型相关系数等参数。分析了以上四种参数用于模型修正的优缺点,采用欧洲航空科技组织的基准模型- GARTEUR飞机模型,通过数值仿真对利用模态频率、模态频率加反共振频率、模态频率加振型以及模态频率加振型相关系数等不同残差的修正进行了比较研究。结果表明,模态频率与反共振频率是优选的两种参数。     

基于Kriging模型和分层模型修正技术的结构边界条件识别

为得到能够准确反映结构装配关系的有限元模型边界条件，结合Kriging模型和分层模型修正技术，提出了一种结构边界条件识别方法。为削弱材料参数误差对边界条件识别的影响和改善修正不适定，利用实测自由模态频率，修正有限元模型的材料参数；以修正后的模型为基础进行边界条件识别，通过灵敏度分析确定模型的待修正边界参数，采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling, LHS)进行试验设计，并以实测约束模态频率与Kriging模型预测频率的差值最小为目标函数，利用粒子群算法求解最优参数。某包装机械摇臂连杆结构的试验结果表明，与传统的边界条件识别方法相比，所提方法具有较好的识别效果，识别得到的边界参数、结构响应等与实际结构具有较好的一致性。     

基于优化Kriging模型的平台结构动力学模型修正

以某海洋平台结构试验模型为研究对象,提出了Krigging模型与多目标遗传算法优化相结合的动力学模型修正方法。将模态频率设为修正目标,利用待修正参数与平台模态频率间的Kriging模型代替平台有限元模型进行修正。针对近似误差可能对修正结果产生干扰的问题,提出了一种基于多目标遗传算法的局部加点优化方法,用于优化代理模型的拟合精度。通过力锤激励下的室内模型试验对上述方法进行了验证,结果表明,Kriging模型能够有效拟合平台结构参数与固有频率间的复杂映射关系,所提出的优化方法能够显著改善Kriging模型精度,可应用于实际工程。     

基于区间分析的不确定性结构动力学模型修正方法

提出了一种基于区间分析的不确定性有限元模型修正方法。在区间参数结构特征值分析理论和确定性有限元模型修正方法基础上,假设不确定性与初始有限元模型误差均较小,采用灵敏度方法推导了待修正参数区间中点值和不确定区间的迭代格式。以三自由度弹簧-质量系统和复合材料板为例,采用拉丁超立方抽样构造仿真试验模态参数样本,开展仿真研究。结果表明,当仿真试验样本能准确反映结构模态参数的区间特性时,方法的收敛精度和效率均较高;修正后计算模态参数能准确反映试验数据的区间特性。所提出方法适用于解决试验样本较少,仅能得到试验模态参数区间的有限元模型修正问题。     

时变热环境下复合材料夹层板结构动力学响应分析

复合材料结构已经在航空航天工程领域得到了广泛应用。当飞行器在大气中高速飞行时,气动热载荷会改变复合材料结构的动力学特性和动力学响应。目前,学者对恒定热环境下复合材料结构动力学响应的数值仿真进行了较多研究,而对于时变热环境下的数值仿真还尚未开展研究。提出了一种用于时变温度环境下复合材料夹层板结构动力学响应计算的数值仿真分析方法。首先,利用基于分段剪切变形理论的板单元建立了考虑热环境影响的复合材料夹层板结构有限元模型。然后,利用时变结构时间有限元方法计算了时变温度环境下复合材料夹层板结构的动力学响应。最后,对动态响应进行时频分析,并与由理论模态分析方法计算出的固有频率参考值进行对比,验证了该方法的有效性与精确性。提出的数值仿真分析方法可以有效地预示时变热环境下复合材料夹层板结构的热振响应,为热环境下复合材料结构的设计与分析提供了理论基础。     

某型飞机主要机体结构模态分析及测试

基于LMS纯模态试验测试系统对飞机进行地面共振试验,得到主要机体结构各阶模态参数,依据试验结果对有限元模型进行修正。修正后各阶模态频率的计算结果与地面共振试验值的误差均小于4%,最终得到的准确动力学模型可用于飞机首飞前颤振特性分析。这种有限元计算与模态试验相结合的动力学分析方法,有助于提升试验效率和提高计算分析的准确性。     

螺栓连接框架结构的有限元模型修正

综合运用有限元仿真、试验模态测试和模型修正技术,对一个由螺栓连接的三层框架结构进行了动力学特性分析和响应预测,并对其中涉及到的相关问题进行了讨论。首先,采用不同类型单元分别建立结构的实体有限元模型、板-梁有限元模型以及三自由度集中参数模型,并进行模态计算。然后,对实际结构进行模态测试,并将三类模型的计算结果与测试数据进行对比,分析不同类型单元所建立模型的异同以及由螺栓连接的复杂性、加工装配的误差和材料参数的不准确等不确定因素对建模及计算误差所造成的影响,从而确定合理的修正参数。接着,用模态测试数据对模型参数进行修正,使得修正后的模型能够准确反映实际结构的固有频率和振型。最后,将测试获取的阻尼参数加到修正后的模型上,进行冲击激励下的响应预测,并与实际结构的测试结果进行对比,取得了满意的结果。     

基于模态频率和有效模态质量的有限元模型修正

提出一种同时使用模态频率和有效模态质量作为目标量的残差进行结构动力学有限元模型修正的新方法。有效模态质量不但可以为结构动力学分析提供一种判断振动模态重要程度的方法,而且能够为有限元模型修正提供更多的信息量。介绍了基于灵敏度分析的模型修正实现过程以及有效模态质量的概念,推导了有效模态质量对设计参数的灵敏度,在此基础上采用仿真算例验证了所提出方法的正确性和有效性。仿真结果显示所有修正参数都回到了设定的目标值,即使当模态频率和有效模态质量等特征量都存在5%的高斯白噪声时,修正后在修正频段内特征量的均方误差都小于4%。研究表明,基于模态频率和有效模态质量的结构动力学有限元模型修正是有效可行的。     

一种海洋平台广义模型修正方法的研究

针对导管架式海洋平台结构的广义模型修正问题，提出了先修正模态振型后修正模态频率的试验方法。首先利用损伤检测方法识别出试验模型中与初始有限元模型有刚度偏差的杆件单元并采用反复迭代修正的方法进行了有限元模型模态振型的修正；然后将地基模拟为三维弹性支承并对其进行优化设计来实现有限元模型模态频率的修正；通过力锤激励下海洋平台的模型试验验证了此方法的可行性，为长期服役且原型结构未测的海洋平台的损伤检测、安全评估研究提供了基础。     

响应面在磁悬浮轴承转子模型修正中的应用

精确的磁悬浮轴承转子有限元模型对转子动态特性的研究及控制器的设计有着重要的作用。对于磁悬浮轴承转子的硅钢片圈、传感器基准环和光轴的过盈配合,有限元模型采用简化处理,使得转子弯曲刚度产生误差。为了获得精确的磁悬浮轴承转子有限元模型,需要利用响应面代理模型对有限元模型进行修正。以一个磁悬浮轴承转子为例,以模态频率和振型相关系数(MAC)为目标建立响应面,对转子的有限元模型进行修正。建立的响应面精度很高,修正后的有限元模型分析的模态频率、振型向量和试验值基本一致。结果表明,应用基于响应面的磁悬浮轴承转子模型修正方法修正过的有限元模型更加精确。     

高超声速飞行器复合材料翼面结构1100℃高温环境下的热模态试验

为了在热模态试验中获得难于测量的超过1 000℃的高温环境下复合材料翼面结构的振动特性参数,将高温瞬态热试验系统与振动试验系统相结合,建立了可对高超声速飞行器耐高温复合材料翼面结构进行1 100℃高温环境下热模态研究的热/振联合试验系统。通过自行研制的耐高温陶瓷导杆引伸装置将复合材料翼面结构上的振动信号传递至非高温区域,使用常温加速度传感器对高温环境下高超声速飞行器翼面结构上的振动信号进行数据识别;并运用时-频联合分析技术对试验数据进行分析处理,实现了在1 100℃热/振复合环境下对复合材料翼面结构的模态频率、模态振型等关键振动特性参数的试验测试。研究结果为高超声速飞行器复合材料翼面结构在高温环境下的动特性分析及安全可靠性设计提供了重要依据。     

基于响应面全局优化技术的蜂窝板材料性能参数修正

蜂窝夹层板结构广泛应用于航空航天行业中,建立准确的蜂窝夹芯板有限元模型是分析和优化航天器微振动的必要前提。基于蜂窝芯的力学等效参数模型,建立了蜂窝板的动力学有限元模型。使用正交数值实验设计筛选出对蜂窝板动力学性能影响最大的蜂窝芯等效材料参数,并利用基于响应面模型自适应采样技术的全局优化方法快速地完成了蜂窝芯关键材料参数的优化修正。修正后的蜂窝板有限元模型前六阶模态频率与实验结果的平均误差小于1%。