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OMA试验模态参数的砌体结构有限元建模及修正

依托重庆新红岩隧道工程,选典型2层砌体结构进行隧道施工爆破振动激励的OMA试验,采用等效体积单元法建立能准确反映砌体结构真实动力特性的有限元模型;探讨砌体用不同材料模型所得分析频率与实测频率误差及二者振型相关性;据OMA试验模态参数,基于砌体与混凝土材料参数的结构固有频率灵敏度分析,选择合适的修正参数进行有限元模型修正研究。结果表明,二层砌体结构前4阶固有频率位于9~25 Hz;较用各向同性模型而言,砌体采用各向异性模型时计算所得前4阶频率与实测频率值更接近,振型相关性更好;修正有限元模型中材料密度、弹性模量、剪切模量后频率与实测频率间误差明显减小,结构模型动力特性更符合实际,正交各向异性材料模型修正最准确。     

实测模态和结构模型同步修正的结构损伤识别方法

在基于灵敏度分析的有限元模型修正方法基础上,提出一种对实测模态和结构模型同步修正的结构损伤识别方法。即利用有损结构模态与测量噪声在时频域内的差异,以结构有限元模型为基准,对实测模态差进行小波去噪处理,再利用修正后的模态构造目标函数,进行有限元模型修正,经过迭代计算最终可识别结构的损伤。数值算例表明该方法可有效降低噪声的影响,提高损伤识别的精度。     

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。     

零阶与一阶优化算法在悬索桥模型修正中的应用对比分析

为了给健康监测研究提供一个较为准确的有限元基准模型，采用零阶与一阶优化算法作为悬索桥模型修正的基本工具，同时将优化算法与大型有限元分析软件相结合，以考虑大跨悬索桥的非线性和应力刚度。对零阶与一阶优化算法在悬索桥模型修正中的具体实现方法进行了探讨。针对润扬大桥悬索桥，利用健康监测系统的实测数据进行了优化算例分析，优化过程中结合了动力与静力两方面的约束信息，使得结果更趋于合理。对两种算法的准确性和计算效率进行了对比分析，提出了应用建议。     

结合SVR响应面与粒子群优化的有限元模型修正

提出了一种模型修正方法，可以在不依赖模型灵敏度的前提下，利用较少的计算量实现对结构有限元模型的参数修正。该方法首先构建代理模型替代结构有限元模型，通过计算少量样本点，训练支持向量回归机(support vector regression, SVR)预测参数所对应的响应；其次，以结构固有频率的残差为目标函数，利用粒子群优化算法实现全局寻优求解，得到修正后的有限元模型参数；进一步，以带孔平板为试验研究对象，基于实测数据验证了所提方法的有效性，并讨论不同参数、样本点数等对模型修正精度的影响；最后，用某卫星结构模型修正算例证明了该方法相对基于灵敏度分析的方法在计算耗时上的优势。该研究旨在为具有复杂参数-响应特征的结构模型修正提供技术支持。     

子模型法在超大跨悬索桥钢箱梁应力分析中的应用

以国内第一大跨桥梁——润扬长江公路大桥南汊悬索桥为背景,在对大桥整体结构进行非线性有限元分析的基础上,运用子模型法计算了该桥扁平钢箱梁各关键部位的应力。与实测数据的对比表明:子模型法计算结果准确可靠,能够较真实的反映大桥钢箱梁在各种工况下的受力状态,是分析超大跨悬索桥钢箱梁应力水平及其分布的有效方法。最后分析了该桥钢箱梁的受力特点,为同类流线形扁平钢箱梁的应力分析和设计提供参考依据。     

既有铁路钢桁梁桥基准有限元模型建立与验证

为了评估既有铁路钢桁梁桥的工作状态和使用安全，需要建立能够精确模拟结构目前状态的有限元模型。以南京长江大桥为例，根据灵敏度的物理意义，从简单实用的角度出发，充分利用现有的大型有限元分析程序，以结构设计参数为修改参数，以结构自振频率为目标函数对初始结构有限元模型进行修正，最后以结构主要杆件应力时程响应为验证参数建立了能够表征该桥目前状态有限元基准模型，为大桥的状态和疲劳寿命评估提供了科学基础。     

一种改进的利用频响函数进行有限元模型修正的方法

在对机械结构的动态特性进行准确而可靠的预测时，有限元模型的设计参数的修正是很重要的。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），在结构动力缩聚技术的基础上，推导出了一种改进的基于频响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不完备的测量数据，也可在很宽的频率范围内，同时对多个参数进行修正，有限元模型修正解与真实结构参数完全吻合。本文的方法可适用于大型复杂结构的模型修正。     

用矩阵广义逆和灵敏度分析修正阻尼结构动力学模型

本文基于矩阵广义逆和灵敏度分析,提出了一种阻尼结构动力学模型的修正方法。该方法以实测结构模态参数为基准修正结构初始质量、刚度和阻尼矩阵,从而使计算和实测结构模态参数更为吻合。方法的修正过程分两步:首先,利用复模态理论的正交关系和特征关系对结构初始质量、刚度和阻尼矩阵作第一次修正;其次,利用复频率灵敏度分析对质量、刚度和阻尼矩阵作再次修正。数值算例和应用实例均表明,本文方法具有较高的修正精度,是一种简便有效的结构动力学模型修正方法。     

一个基于优化的有限元模型修正方法

本文提供了一个基于一阶搜索优化的有限元模型修正方法。它只需利用结构模态试验的部分固有频率，就能获得较精确的有限元模型。文中附有某无人机上垂尾有限元模型修正的实例。根据上垂尾前二阶试验的固有频率，采用本文方法，对有限元模型进行了修正。修正后有限元模型的前二阶固有频率与试验值的相对误差在2．35％以内，而第三阶固有频率与试验值的相对误差仅为5．81％。它不仅大大地缩小了用修正前有限元模型算得的固有频率与试验值的相对误差，而且还能较精确地预测无试验结果的高阶固有频率值。     

A comparative study of methodologies for vibro-acoustic FE model updating of cavities using simulated data

The structural dynamic modeling errors, which at times are difficult to eliminate in a structural FE model, can affect the accuracy and reliability of the vibro-acoustic FE models for NVH design of the cavities. A large number of methods have been proposed for structural finite element model updating. However, most of the studies conducted are mainly focused on structural dynamic applications and no work is reported on vibro-acoustic systems. The objective of this paper is to compare through a simulated study two recently proposed methodologies for vibro-acoustic FE model updating of cavities with weak acoustic coupling to address structural dynamic modeling errors. These methodologies utilize a direct and an iterative method of model updating developed for purely structural systems. A simulated example of a 2D rectangular cavity with a flexible surface is presented. Cases of incomplete and noisy data are considered. The comparison is done on the basis of accuracy of prediction of vibro-acoustic natural frequencies and the responses both inside and outside the frequency range of interest. It is concluded that both the methodologies give an accurate prediction of the vibro-acoustic natural frequencies and the response inside the updating frequency range. However, beyond this range, the predictions based on the direct updated vibro-acoustic models are not accurate. It is noted that the success of updating using IESM is dependent on the correct knowledge of the modeling inaccuracies, uncertainties or approximations and also on the choice of the suitable updating parameters, which could be very challenging for complex cavities. The vibro-acoustic FE model updating using the direct method could be handy in such situations where the iterative methods are difficult to be effectively applied.     

An improved perturbation method for stochastic finite element model updating

In this paper, an improved perturbation method is developed for the statistical identification of structural parameters by using the measured modal parameters with randomness. On the basis of the first‐order perturbation method and sensitivity‐based finite element (FE) model updating, two recursive systems of equations are derived for estimating the first two moments of random structural parameters from the statistics of the measured modal parameters. Regularization technique is introduced to alleviate the ill‐conditioning in solving the equations. The numerical studies of stochastic FE model updating of a truss bridge are presented to verify the improved perturbation method under three different types of uncertainties, namely natural randomness, measurement noise, and the combination of the two. The results obtained using the perturbation method are in good agreement with, although less accurate than, those obtained using the Monte Carlo simulation (MCS) method. It is also revealed that neglecting the correlation of the measured modal parameters may result in an unreliable estimation of the covariance matrix of updating parameters. The statistically updated FE model enables structural design and analysis, damage detection, condition assessment, and evaluation in the framework of probability and statistics. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

预应力连续箱梁桥的基准动力有限元模型研究z

介绍了作为预应力混凝土连续梁桥的通扬运河特大桥的环境激励振动试验，并利用基     

基于响应面的大型输电塔结构有限元模型动力修正

针对基于灵敏度分析的有限元模型动力修正方法计算效率较低、迭代收敛慢的不足,将响应面法引入500 kV大跨越输电塔基准模型修正.选择塔脚弹性支承刚度为修正参数,依次进行单因素试验、样本值计算、响应面建立与分析、参数优化.修正后,有限元模型非常准确地复现了单塔横、纵两个方向的-阶弯曲动态特性,修正效果与基于灵敏度分析的模型修正方法接近,证明响应面法在有限元模型动力修正领域的应用价值.还探讨了塔架结构修正参数的选取问题,为相关研究提供参考.     

基于子结构分析的多重子步模型修正方法

为了解决模型修正过程中修正目标众多和测量信息有限的矛盾，提出了多重子步模型修正方法(MSMUM)，先进行误差定位，再实现参数修正，把复杂的模型修正过程分步实现。利用子结构技术，使结构模型在整体上仅包含有限数目的子结构，对各子结构所对应的超级单元的刚度参与系数进行识别来实现误差定位，通过建立测量信息与待修正参数间的代数方程来修正误差定位后子结构内部构件的参数。数值算例表明，建立的模型修正方法有效可靠。利用建立的多重子步模型修正方法对润扬大桥南汊悬索桥桥塔模型进行了修正。     

Bayesian inference for parameters estimation using experimental data

A finite element (FE) model is developed for a curved cable-stayed footbridge located in Terni (Umbria Region, Central Italy) which accounts for uncertainties in geometry, material properties, and boundary conditions as well as limited knowledge on the behavior of connections and other components. Ambient vibration tests (AVTs) are carried out to identify the main dynamic parameters which are used for model updating in the Bayesian framework. Sensitivity analysis is performed to identify the main mechanical parameters affecting natural frequencies and mode shapes to be used as updating parameters. Finally, the posterior probability distributions of the selected updating parameters is estimated and used to assess the accuracy of the FE-based model. The importance of using a proper informative reference data set in the updating framework is assessed using different observations together with the importance of reliable surrogate models able to reduce the computational costs related to the whole framework.     

二维自由振动问题的自适应有限元分析初探

自由振动反映结构动力特性,是抗震分析和结构设计的重要基础。近年来,基于单元能量投影（EEP）法的自适应有限元分析已在一系列线弹性及非线性问题中取得成功,而有限元线法（FEMOL）自适应分析在二维自由振动问题中的应用也被证实是有效的。在此基础上,该文进一步提出二维自由振动问题的自适应有限元分析方法。通过将特征值问题线性化,合理引入二维线性问题的EEP超收敛计算和自适应求解技术,该法可得到满足精度要求的自振频率和按最大模度量满足用户给定误差限的振型。该文以弹性薄膜为例,介绍了这一进展,并给出数值算例以表明该方法的有效性和可靠性。     

Modal parameter identification and vibration based damage detection of a multiple cracked cantilever beam

This paper presents a detailed investigation on the modal parameter identification and vibration based damage detection of a multiple cracked cantilever beam with hollow circular cross-section. To consider multiple crack effects, a cantilever beam including cracks is considered for six damage scenarios. Finite element models are constituted in ANSYS software for numerical solutions. The results are validated by experimental measurements. Ambient vibration tests are performed to extract the dynamic characteristics using Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) and Stochastic Subspace Identification (SSI) methods. Calculated and measured natural frequencies and mode shapes for undamaged and damaged beams are compared with each other. Automated model updating is carried out using the modal sensitivity method based on Bayesian parameter estimation to minimize the differences for damage detection. In addition, modal assurance criterion (MAC) and coordinated modal assurance criterion (COMAC) factors are obtained from the mode shapes and two set of measurements to establish the correlation between the measured and calculated values for damage location identification.     

意大利高速铁路Sesia大桥的动力特性及车桥耦合振动分析

建立了包括钢轨、轨枕、道床、梁体在内的意大利Sesia大桥空间有限元模型,对桥梁的自振特性进行了计算和实测分析。按照轮轨密贴接触假定推导了车-桥系统耦合运动方程组,以德国低干扰谱生成轨道不平顺样本作为激励源,对意大利ETR500Y高速列车通过Sesia大桥引起的桥梁动力响应和桥上车辆的振动响应进行了计算分析,讨论了共振车速的范围并对桥上车辆的运行安全性和平稳性进行了评价。部分计算结果与实测数据进行了对比,吻合较好,从而验证了所建立的模型及分析方法的精度和有效性。结果表明：Sesia大桥结构刚度很大,当列车以288km/h的速度通过时,挠跨比只有1/17510;当列车以340km/h的速度通过时,桥梁的竖向位移出现了一个较为明显的峰值,说明这一速度可能引发结构共振;桥上车辆的各项动力指标响应值均很小,能较好地满足高速行车要求。