基于有限元模型修正的损伤识别方法研究

通过实验方法测得结构的模态参数,建立结构系统的有限元基准(未损)模型,同时为了避免将初始的有限元模型误差误判为损伤,需对原始的基准模型进行有限元修正,建立基准解析模型.由于系统质量参数可以准确获得且在模型修正过程中保持质量不变,因此可将刚度参数作为修正对象,通过改变弹簧刚度,使其有限元动力分析的结果与实测结果尽量吻合.随后定义损伤变量(损伤引起刚度的变化率即灵敏度),借助刚性灵敏度实现对结构损伤位置与损伤程度的识别.     

直齿圆柱齿轮有限元模态模型修正

在对直齿圆柱齿轮结构动力学特性进行准确可靠的分析时,有限元模态模型的准确性至关重要。将初始有限元模型计算的固有频率和试验模态测量的固有频率进行对比,以ANSYS优化设计模块为基础,将有限元模态模型修正问题转化为求解直齿轮固有频率计算值与试验值的相对误差绝对值和的最小值问题。计算结果表明,有限元模态模型修正后前6阶固有频率最大相对误差由2.99%降为1.24%,显著提高了直齿轮有限元模态模型的精度且为有限元模态模型提供了相应的阻尼特性,保证了进一步的动力学特性预测分析的准确性。     

步兵战车车体结构有限元模型修正

针对某型步兵战车整车刚柔耦合发射动力学中柔性车体有限元模型精度低的问题,基于模态试验数据,应用支持向量机响应面模型修正理论对车体结构有限元模型进行了修正。应用ANSYS有限元分析软件对车体结构进行模态分析,提取前6阶模态的固有频率和振型。为验证模型,设计了模态试验方案,实测了车体结构的模态信息。基于有限元模型数据与实测数据的相对误差,采用支持向量机响应面模型修正方法对车体结构弹性模量和密度进行修正。模型确认结果和动力学模型应用结果表明,修正后的车体有限元模型精度有了大幅度提高,能更加真实地反映车体的结构特征,为射击精度分析提供了准确的模型基础。     

基于模态综合技术的结构有限元模型修正

由于结构的动力分析需要大量的计算时间和占用大量的计算机内存,常规的数值迭代计算方法难以实现,提出了基于模态综合技术的模型修正方法。该方法首先得到缩减后结构模型的频率与振型,并将该振型转换为缩减前模型物理坐标下的振型。然后,用缩减后模型的频率和转换后的振型,共同构成模型修正的优化目标函数,进而通过优化求解实现结构的模型修正。该方法既保证了计算精度又提高了模型修正的计算效率,使大型复杂结构的模型修正成为可能。最后,对某吊杆拱桥模型进行了动态测试和模型修正,验证了该算法的有效性。     

旋转叶片有限元模型修正研究

针对旋转叶片的振动特性分析,提出了一种将超单元建模方法与改进型正交模型-正交模态法相结合的有限元模型修正方法。以带旋转的悬臂梁模型为例,使用整体建模方法与超单元建模方法分别建模,通过改进型正交模型-正交模态法进行有限元模型修正。结果表明,整体建模方法与超单元建模方法的模态仿真结果的频率差小于2%,且具有相同的振型。整体建模方法的修正误差为0.4%,超单元建模方法的修正误差小于0.1%,且超单元建模具有更好的修正效率。研究结果可为旋转叶片的振动特性分析提供一条有效的技术路径。     

行波管模态分析与有限元模型修正

行波管的工作环境恶劣,其结构的振动特性对寿命及可靠性有着重要影响。应用有限元分析软件对行波管进行模态分析,并通过模态试验实测了行波管的模态参数,得到行波管前四阶固有频率和振型。对比分析仿真和试验结果,仿真计算的模态频率偏高。应用Kriging模型构建固有频率与材料参数的关系,将试验结果作为目标进行材料参数修正。修正后的仿真模型的计算精度有了大幅度提高,行波管结构的固有振动特性得到更加真实地反映,为进一步研究其动力学特性提供了更加准确的模型基础。     

基于结构参数不确定性的有限元模型修正

介绍了传统有限元模型修正及修正精度的评估方法,并简要说明了传统方法的不足之处。根据有限元模型修正的实际情况,提出了基于不确定性的有限元模型修正技术以及采用干涉面积法来对其修正精度进行评估。最后通过一个模型的数值仿真研究了基于不确定性的模型修正方法。     

基于代理模型的加工中心滑鞍有限元模型修正

为满足加工中心现代化设计中需要建立准确的有限元模型的问题,建立了一种基于代理模型的有限元模型修正方法.首先通过灵敏度分析,选取了对滑鞍响应影响最大的设计参数,减少了设计参数整体的数量,提高了修正效率;然后基于实验设计与加点准则,建立了自适应Kriging模型,将隐式的有限元计算转化为显式计算,减少了模型修正过程中大量的...     

基于试验模态的摆线齿轮有限元模型修正

精确的高质量有限元模型是进行结构动力学仿真的关键。基于Pro/E软件建立摆线齿轮参数化模型,通过初始有限元模态仿真和试验模态的结果对比,分析差异性原因,利用Hyperworks软件的参数优化功能,建立一个以固有频率的相对误差为修正目标,以结构的弹性模量、密度和泊松比等材料属性为修正参数的动力学优化问题。修正结果表明,摆线齿轮前六阶固有频率的最大相对误差由4.11%降为2.28%,有限元模型精度得到大幅提高,更加真实地反映结构特征,为进一步结构动态响应预测以及动态设计提供准确的模型基础。     

使用应变模态和遗传算法的有限元模型修正方法

提出了采用应变模态置信度为待修正响应特征的有限元模型修正方法。应变模态置信度是评价有限元仿真与试验测试结果相关性的方法,可以为模型修正提供全局的频率误差信息和局部的应变相关性信息。首先,介绍了应变模态和有限元模型修正的相关理论方法;然后,以某航空加筋壁板结构为对象,通过仿真分析和\"仿真试验\"获得结构的应变模态频率以及对应的应变振型,进一步计算频率误差和应变模态置信度误差;最后,基于两种误差构造模型修正的目标函数,采用遗传算法对目标函数进行优化,修正结构中的待修正参数,并将修正后参数代入模型,验证所提方法的正确性和有效性。结果表明:所采用的方法获得的修正后有限元模型具有复现修正响应特征的能力,并且对于未修正频段内的响应也具有较好的预测能力。     

New iterative method for model updating based on model reduction

Model reduction technique is usually employed in model updating process. Here, a new iterative method associating the model updating method with the model reduction technique is investigated. Using the traditional iterative method, the errors resulted from replacing the reduction matrix of the experimental model with that of the finite element (FE) model are not fully considered, which needs more iterations and computing time. In order to reduce the errors produced in the replacement, a new iterative method is proposed based on the traditional method, in which the correction term related to the errors is added. The comparisons between the traditional iterative method and the proposed iterative method are shown by model updating examples of solar panels and both of these two iterative methods combine the cross-model cross-mode (CMCM) method and the succession-level approximate reduction (SAR) technique. The results indicate that the convergence rate and the computing time of the new method are significantly superior to those of the traditional iterative method with or without noise.     

Model selection in finite element model updating using the Bayesian evidence statistic

This paper considers the problem of finite element model (FEM) updating in the context of model selection. The FEM updating problem arises from the need to update the initial FE model that does not match the measured real system outputs. This inverse system identification-problem is made even more complex by the uncertainties in modeling some of the structural parameters. Such uncertainty often results in a number of competing forms of FE models being proposed which leads to lack of consensus in the field. A model can be formulated in a number of ways; by the number, the location and the form of the updating parameters. We propose the use of a Bayesian evidence statistic to help decide on the best model from any given set of models. This statistic uses the recently developed stochastic nested sampling algorithm whose by-product is the posterior samples of the updated model parameters. Two examples of real structures are each modeled by a number of competing finite element models. The individual model evidences are compared using the Bayes factor, which is the ratio of evidences. Jeffrey's scale is then used to determine the significance of the model differences obtained through the Bayes factor.     

Model error correction from truncated modal flexibility sensitivity and generic parameters: Part I—simulation

A great advantage of the flexibility based method is the availability of the large amount of measured information from a few lower modes which can be practically measured. But the modal truncated errors would be significant for a structure with high modal density, and this poses a limitation on the usage of existing flexibility methods. This paper presents the truncated modal flexibility sensitivity with respect to the generic parameters, and a model updating method is proposed based on this sensitivity and incomplete measurement. The loss of contribution from the higher modes to the modal flexibility will not be a source of error in the proposed method. The effect of spatial incompleteness and measurement noise is investigated with numerical studies. The proposed approach is found capable of updating both the systematic model error and local stiffness error separately in a single or two stages under noisy environment.     

基于频响函数相关性的灵敏度分析的有限元模型修正

有限元模型的修正对机械结构的动态特性进行准确而可靠的预测是很重要的。利用试验测试和预测的有限元模型计算得到的频响函数（FRF），引入两种频响函数相关性的判定标准，提出基于频响相关函数的灵敏度分析的修正方程。数值实例研究结果表明，该方法利用少量的测量数据，即使测试数据含附加噪声，也可在很宽的频率范围内得到接近真实结构的有限元模型修正解。本文的方法可适用于大型复杂结构的模型修正。     

PRINCIPAL COMPONENT DECOMPOSITION BASED FINITE ELEMENT MODEL UPDATING FOR STRAIN-RATE-DEPENDENCE NONLINEAR DYNAMIC PROBLEMS

Thin wail component is utilized to absorb impact energy of a structure. However, the dynamic behavior of such thin-walled structure is highly non-linear with material, geometry and boundary non-linearity. A model updating and validation procedure is proposed to build accurate finite element model of a frame structure with a non-linear thin-walled component for dynamic analysis. Design of experiments （DOE） and principal component decomposition （PCD） approach are applied to extract dynamic feature from nonlinear impact response for correlation of impact test result and FE model of the non-linear structure. A strain-rate-dependent non-linear model updating method is then developed to build accurate FE model of the structure. Computer simulation and a real frame structure with a highly non-linear thin-walled component are employed to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed approach.     

基于优化算法和GVT结果的结构质量模型修正

提出了一种基于优化算法和 GVT结果的结构质量模型修正方法。该方法利用模态正交性条件构造目标函数 ,并考虑结构总质量特性约束 ,利用 GVT结果对给定的粗糙的结构离散质量分布进行修正。数值仿真表明 ,该方法提高了结构质量模型的精度 ,使修正后的离散质量分布与真实的离散质量分布吻合     

基于实验建模的谐波齿轮传动柔轮的有限元分析研究

利用经验公式和实验结果得到谐波齿轮传动中柔轮在空载和负载下的强迫位移及受载情况,据此建立柔轮的有限元分析模型加以分析,并建立实验台对谐波减速进行实验,将得到的实验结果与有限元运算结果相比较,验证了本文所建模型的正确性,为柔轮的有限元分析及其结构参数的优化提供了重要依据。     

钢丝绳股内钢丝的载荷分布

应用微分几何理论分析钢丝绳结构特点及钢丝的空间螺旋缠绕关系,利用ANSYS软件开发常用的几种金属绳芯钢丝绳的建模程序,建立6×19IWS右同向捻和右交互捻两种钢丝绳的几何模型.通过适当的网格划分得到了钢丝绳的有限元模型,以钢丝绳一端约束三个方向自由度,另一端施加轴向集中载荷作为加载工况,确立模型求解的边界条件,并进行数值模拟.分析数值模拟结果,得出钢丝绳股内处于不同位置钢丝在长度方向上应力呈螺旋状分布,钢丝截面上应力呈中心对称分布的规律,对照分析两种捻向组合钢丝绳中对应钢丝的应力分布规律,指出捻向组合对钢丝绳股中钢丝应力分布的影响.确立钢丝绳拉伸试验方案,进行6×19IWS钢丝绳拉伸试验,用四种载荷下的拉伸变形量验证了数值模拟结果,试验结果与模拟结果基本吻合.     

PSD动态响应建模方法的研究

提出热源法、离散近似法和有限元数值求解法3种PSD动态响应建模方法。对3种典型扫描轨迹仿真,得到不同时刻下光生电流值。结果表明,3种仿真结果完全吻合,有限元数值求解法比热源法适用范围广,比离散近似法具有方法简单、精度高等特点。