基于改进萤火虫算法的有限元模型修正

针对标准萤火虫算法后期收敛速度慢、收敛精度低、易陷入局部最优解的问题,提出了参数自适应策略的改进萤火虫算法,建立了基于改进萤火虫算法的有限元模型修正方法。通过隔代随机吸引度因子扩大了算法搜索路径,提升了算法遍历性,避免计算陷入局部最优;通过自适应步长因子使得算法寻优过程中能随迭代次数逐渐减少随机搜索范围,从而提高收敛速度。单、多峰测试函数计算结果表明,改进算法显著提高了收敛速率与收敛精度;简支梁数值算例与某刚构桥实桥有限元模型修正结果表明,简支梁参数最大误差由初始的66.7%降低至修正后的1.08%,刚构桥频率最大误差由14.47%降低至3.25%。所提方法具有良好的更新精度,适用于大型复杂结构的有限元模型修正。     

一种动力模型的局部修改方法

本文基于矩阵反问题理论，给出了一种动力学有限元模型的修正方法，这种方法的表达式简洁。考虑到模型误差主要产生于结构的某些特殊部位，因此有限元模型中的误差可以认为是局部性的。为了减少修正时对模型正确部分的影响和减少不必要的计算量，本文只对刚度或质量矩阵的局部加以修正。首先将所要修改的部分重新组成一个矩阵，利用特征方程，建立一个待修正的有限元模型，然后应用本文给出的方法进行修正。本文方法得到数值算例的证     

基于二分法-PSO的碰摩转子有限元模型修正

根据模型修正理论,基于有限元模型模态分析结果与试验结果,采用二分法–PSO优化算法,进行模型修正。该方法提高了有限元模型修正的速度与精度,且避免了在PSO迭代寻优过程中陷入局部最优的问题。结果表明,采用基于二分法–PSO的模型修正方法得到的有限元模型的精度有了大幅度的提高,且更为准确地反映了试验模型的结构特征。将修正后的模型用于碰摩故障的研究,研究转速变化对转子碰摩动力学特性的影响,研究结果表明：仿真结果与试验结果一致性较高,为实际工程中转子系统的安全稳定运行提供一定的实际参考价值。     

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。     

有限元模型修正的虚拟拉直算法

在拉直算法的基础上,提出了一种新的有限元模型修正方法.拉直算法主要适合于模型修正模型中的约束方程不出现矛盾方程的情况,而对于出现矛盾的约束方程,修正效果可能会很差,其主要原因是修正变量较少,这也导致了拉直算法不适合于含高阶实验模态数据的修正.因此,为了避免矛盾方程的出现和获得可行的修正模型,提出增加带宽的方式(即附加虚拟元素)以增加未知变量的个数,并提出了虚拟拉直修正方法,该方法可有效地修正含高阶模态的实验模态数据.最后以一个平面框架结构为例来说明本文方法的可行性.     

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。     

联合整体和局部模态信息钢管焊接结构模型修正

由于焊接结点的复杂性、实际测量的局限性以及误差等因素,钢管焊接结构的模型修正一直是研究的热点和难点问题。对一个发射台骨架进行了整体及局部模态试验,获得了反应结构整体动态特性的低阶模态及局部动态特性的局部模态,并将二者联合起来,采用信赖域优化算法进行模型修正。在优化过程中,通过提出的加权系数可动态改变的多目标函数,在每次迭代完成后可根据目标函数数量级的变化自动调整加权系数,使得模型修正过程能够更加合理有效的利用结构的整体及局部模态信息,达到更好 “联合”。修正后有限元模型的计算模态与实测模态吻合良好,验证了本文方法的有效性和优越性。     

基于GMPSO的有限元模型修正方法验证

为提高有限元模型修正方法效率,保证修正精度,提出基于高斯白噪声扰动的粒子群优化（GMPSO）有限元模型修正方法。介绍标准粒子群优化（PSO）方法和改进后的GMPSO方法,基于测试函数比对两种方法的全局寻优能力和寻优效率;提出高效的基于GMPSO有限元模型修正方法,阐述方法流程并明确各参数与实际物理量的对应关系;基于GMPSO有限元模型修正方法对高维有损伤简支梁模型（变量维度为10）实施修正,并与基于遗传算法（GA）的模型修正结果进行比对;基于GMPSO有限元模型修正方法对某在役桥梁结构实施修正（变量维度为13）,验证所提方法可行性。结果表明:经局部改进的GMPSO方法较原PSO方法的优化能力显著提升;高维损伤简支梁模型修正结果显示,基于GMPSO模型修正方法可获得较好的修正结果,修正效率较基于GA的模型修正方法有显著提升;在役桥梁结构有限元模型修正结果显示,基于GMPSO模型修正方法可有效降低主梁计算频率和试验频率的误差,所提方法可适用于较工程复杂结构模型修正问题。     

模型缩聚-模型修正迭代方法的研究

模型修正中通常需要解决自由度匹配问题,模型缩聚是解决这一问题的一种方法。当有限元建模误差较大时,模型缩聚的近似会大大降低模型修正的精度。针对这一问题,提出了模型缩聚-模型修正迭代方法,消除模型缩聚带来的误差。文中应用IRS缩聚和基于频响函数的模型修正方法对提出的迭代方法进行了具体讨论。通过板梁混合结构的数值模拟实验,比较了现有修正方法和迭代修正方法的修正精度。结果表明提出的迭代方法有效提高了修正精度,使修正后的模型频率和物理参数更逼近真实值。同时该方法具有较高的迭代收敛效率,符合实际工程应用的要求。     

基于Kriging模型的钢管混凝土连续梁拱桥有限元模型修正

提出基于Kriging模型的有限元模型修正方法。Kriging模型为据区域内若干信息样品某种特征数据对该区域同类特征未知数作线性无偏、最小方差估计方法,其只用少量样本即可获得较高精度预测结果。用Kriging模型对平面桁架进行有限元模型修正,验证该方法的可行性与准确性;对一连续梁拱桥进行模型修正,并与GA算法、BP神经网络方法模型修正结果比较分析。Kriging模型仅需一定量测量频率信息即可完成模型修正,能避免修正过程中进行有限元模型迭代计算。结果表明,该方法能准确预测有效频率范围(active frequency range)外模态信息,计算效率、精度较高,可用于工程实践。     

Model updating by adding known masses

New approaches are developed that use measured data to adjust the analytical mass and stiffness matrices of a system so that the agreement between the analytical modes of vibration and the modal survey is improved. By adding known masses to the structure of interest, measuring the modes of vibration of this mass‐modified system, and finally using this set of new data in conjunction with the initial modal survey, the analytical mass matrix of the structure can be corrected, after which the analytical stiffness matrix can be readily updated. By manipulating the correction matrices into vector forms, the connectivity information can be enforced, thereby preserving the physical configuration of the system and reducing the sizes of the least‐squares problems that need to be solved. Solution techniques for updating the system matrices are introduced, and the numerical issues associated with solving overdetermined and underdetermined least squares problems are investigated. The effects of round‐off errors are also studied, and heuristic criteria are given for determining the minimum number of modes that need to be measured in order to ensure sufficiently accurate updated mass and stiffness matrices. Numerical experiments are presented to validate the proposed model‐updating techniques, to illustrate the effects of the number of measured modes on the quality of the updated model, to show how the magnitudes and locations of the added masses influence the updated matrices, and to highlight the numerical issues discussed in this paper. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

结构动力学模型误差位置的确定与误差修正

结构动力学模型的物理参数（质量、刚度和阻尼）矩中常常仅部分元素存在明显误差，对这亲的初始动力学模型进行修正之前确定其误差所在位置）或单元）是十分重要的。本文针对灵敏度分析法和残余力法各自存在的不足，提出了基于残余力矩阵，灵敏度分析和模糊评判综合确定误差元素的方法。在此基础上，提出将误差元素集中于一个尽可能小的区域，然后仅利用该区域所在的方程修正误差项的模型修正方法。模拟分析表明本文方法能有效地提高     

用不完全模态测量数据修正有限元分析模型

提出一种基于不完全模态测量数据同时修正有限元质量矩阵与刚度矩阵的有效数值方法。运用代数特征值反问题的理论与方法，得到了满足正交关系及特征方程的最逼近有限元质量矩阵及刚度矩阵的唯一的修正质量矩阵与刚度矩阵（最优修正矩阵）。该方法有一个简洁的表达式，修正过程简单而且容易实现。数值算例表明，修正模型与模态试验数据具有非常好的一致性。     

修正结构有限元模型的一种方法

本文讨论了一个寻找结构有限元模型的误差源和对它进行修正的方法.为了减少待修正模型的未知参数数目,将质量、刚度矩阵描述为设计变量的函数.在此基础上,先用少量测得的静位移数据修正刚变矩阵;然后用少数几阶实验的固有频率、固有振型数据修正质量矩阵.为了避免测量旋转自由度的静位移和固有振型分量的困难,还讨论了聚缩模型的修正问题.最后,文中附有算例及结果.     

适用瞬态响应计算的火箭结构动力学模型修正方法

大型火箭结构十分复杂,其连接型式多,存在多分支结构。分析火箭结构中存在弱刚度的内-外翻边连接、螺栓点连接等典型连接型式,基于元素型法,以这些部位刚度为修正参数,开展动力学模型修正方法研究。结果表明,采用的方法能保证修正后模型的物理意义和真实性,能够适用于瞬态外激励作用下的结构响应计算,特别是内力响应计算。修正后模型的各阶模态结果和试验吻合较好,且与实际试验中瞬态响应的实测结果相比,计算具有较高精度,能够满足工程需求。     

联合整体和局部动态信息的空间桁架模型修正试验

由于土木工程结构的复杂性、传感器测点的有限性以及局部损伤的不敏感性等问题,大型结构的模型修正存在一定困难。针对空间桁架结构,为克服上述问题,对其进行整体和局部的动力测试试验,然后联合实测的结构整体和局部动态信息进行模型修正：首先进行空间桁架整体的动力测试试验,获得反应整体特性的低阶模态;然后为了提高局部杆件的动态特性,在杆件上附加一定质量,获得附加质量后杆件的局部主频率,并在各类杆件中选取一定数目进行动态测试;最后联合所有实测结构整体的低阶模态和杆件的局部主频率,对空间桁架结构进行模型修正。修正后的模态参数与实测模态吻合良好,验证了方法的有效性。     

基于序贯层次Kriging模型的微型飞行器机身结构设计优化

在基于仿真模型的工程设计优化中,采用高精度、高成本的分析模型会导致计算量大,采用低精度、低成本的分析模型会导致设计优化结果的可信度低,难以满足实际工程的要求。为了有效平衡高精度与低成本之间的矛盾关系,通过建立序贯层次Kriging模型融合高/低精度数据,采用大量低成本、低精度的样本点反映高精度分析模型的变化趋势,并采用少量高成本、高精度的样本点对低精度分析模型进行校正,以实现对优化目标的高精度预测。为了避免层次Kriging模型误差对优化结果的影响,将层次Kriging模型与遗传算法相结合,根据6σ设计准则计算每一代最优解的预测区间,具有较大预测区间的当前最优解即为新的高精度样本点。同时,在优化过程中序贯更新层次Kriging模型,提高最优解附近的层次Kriging模型的预测精度,从而保证设计结果的可靠性。将所提出的方法应用于微型飞行器机身结构的设计优化中,以验证该方法的有效性和优越性。采用具有不同单元数的网格模型分别作为低精度分析模型和高精度分析模型,利用最优拉丁超立方设计分别选取60个低精度样本点和20个高精度样本点建立初始层次Kriging模型,采用本文方法求解并与直接采用高精度仿真模型求解的结果进行比较。结果表明,所提出的方法能够有效利用高/低精度样本点处的信息,建立高精度的层次Kriging模型;本文方法仅需要少量的计算成本就能求得近似最优解,有效提高了设计效率,为类似的结构设计优化问题提供了参考。     

应用BP神经网络修正有限元模型中的刚度矩阵

在有限元素法中，用理论分析建立的有限元模型很难完全与实际相符，这便带来了如何寻找有限元模型的误差源和怎样对它进行修正的问题。用静力试验修正刚度矩阵，再以修正后的刚度矩阵为基准修正其它矩阵是方法之一。目前存在的问题是该方法的修正结果对静位移中各元素相对误差的不一致具有高度敏感性。本文应用神经网络修正有限元模型中的刚度矩阵，既消除了上述敏感性，同时具有可修正性。     

结构计算模型修正的二次约束最小二乘算法

提出了一种结构计算模型修正的二次约束最小二乘方法。该方法是在质量矩阵和刚度矩阵满足正交性条件和特征方程的约束下，使修正矩阵的范数最小，将模型修止问题转化为一个带二次约束的最小二乘问题。应用奇异值分解，给出了在振型需要和不需要扩充两种情况下结构计算模型修正的数值算法，并进行了数值实验。计算结果表明：新算法精度较高，能保证修正模型的前m阶模态参数与实测值有较好的吻合。     

Transient analysis of three-dimensional dynamic interaction between multilayered soil and rigid foundation

The study of dynamic soil-structure interaction is significant to civil engineering applications, such as machine foundation vibration, traffic-induced vibration, and seismic dynamic response. The scaled boundary finite element method (SBFEM) is a semi-analytical algorithm, which is used to solve the dynamic response of a three-dimensional infinite soil. It can automatically satisfy the radiation boundary condition at infinity. Based on the dynamic stiffness matrix equation obtained by the modified SBFEM, a continued fraction algorithm is proposed to solve the dynamic stiffness matrix of layered soil in the frequency-domain. Then, the SBFEM was coupled with the finite element method (FEM) at the interface to solve the dynamic stiffness matrices of the rigid surface/buried foundation. Finally, the mixed-variable algorithm was used to solve the three-dimensional transient dynamic response of the foundation in the time domain. Numerical examples were performed to verify the accuracy of the proposed algorithm in solving the dynamic stiffness matrix of the infinite domain in the frequency domain and the dynamic transient displacement response of the foundation in the time domain. Compared with the previous numerical integration technique, the dynamic stiffness matrix in the frequency domain calculated by using the proposed algorithm has higher accuracy and higher efficiency.