基于等效模型的砖石古塔有限元模型修正方法

针对砖石古塔实体有限元模型节点众多导致修正效率低下问题,提出了一种将实体模型和杆系模型相结合的有限元模型快速修正方法。基于古塔结构的测试输出信号,使用随机子空间法识别了塔的自振频率。使用整体连续式方法建立了ABAQUS有限元模型,基于实测结果,使用萤火虫算法修正了塔的弹性模量、密度。修正后的有限元模型的计算结果与实测结果对比,能够较好吻合,说明修正后的模型可靠,可以作为后续抗震性能分析的基础。     

基于多目标优化的混凝土斜拉桥静动力有限元模型修正

针对大跨混凝土斜拉桥结构有限元模型修正,为了充分利用静动力试验数据,提出了一种基于多目标优化算法的模型修正方法。利用静力位移和动力模态频率等结构实测静动力响应构造修正目标函数,在灵敏度分析的基础上选择待修正参数,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对国内某混凝土斜拉桥有限元模型进行了多目标优化修正,得到了模型修正多目标优化问题的Pareto最优解集,并利用静动力实测数据对修正后的有限元模型进行了验证。结果表明:模型修正后不仅参与优化的静力位移和动力计算结果与实测值吻合良好,而且未参与修正的结构静动力响应也与实测值更加接近,混凝土斜拉桥采用这种基于多目标优化的静动力有限元模型修正方法能够取得较满意的效果,修正后的有限元模型能够精确全面的模拟实际结构。     

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。     

面向健康诊断的悬索桥试验模型设计与分析

基于数值模拟的桥梁结构的健康诊断与损伤识别研究存在较大的局限性,而在实际的桥梁上进行破坏性试验目前也是不可能的,所以,模型试验方法在桥梁结构的健康诊断研究中尤为重要。参考实际大跨度悬索桥结构,面向健康诊断设计制作了悬索桥试验模型。试验模型满足多重试验目的的要求,所有构件采用钢材独立加工制作,便于构件更换和重复试验。通过特殊设计的主要构件连接方式,可方便地模拟悬索桥结构的各种可能的损伤情况、异常状态等。对模型进行了详细的静动态测试,同时与有限元计算结果进行了对比分析。通过模型修正,试验模型测试结果与有限元计算结果吻合良好。试验模型和数值模型为今后的有关研究奠定了基础。     

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。     

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。     

基于模态试验的某火炮身管有限元模型修正

针对某火炮刚柔耦合发射动力学中柔性身管有限元模型精度低的问题,提出一种基于支持向量机响应面模型修正理论和模态试验的身管组件有限元模型修正方法。应用ANSYS有限元分析软件对某火炮身管与支架装配体进行模态分析,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,实测了火炮身管与支架装配体的模态信息。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身管与支架装配体弹性模量和密度进行修正。MAC模型确认结果和动力学模型应用结果表明：修正后的身管组件有限元模型精度有了大幅度提高,能更加真实地反映身管组件的结构特征,为射击精度分析提供了更加准确的模型基础。     

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。     

空间桁架结构特征响应信息对模型修正的影响机理分析

实测的结构响应特征信息是有限元模型修正的基础。由于土木工程结构体型巨大和服役环境复杂，使得结构现场测试难度大、成本高和测试信息有限，因此，合理和高效地利用这些来之不易的有限测量信息，以最小的代价实现对有限元分析模型的有效修正，意义重大。从数学问题求解的角度分析结构模型修正，通过一个空间桁架的数值仿真，研究结构特征信息量大小和类型对模型修正的影响，揭示结构特征信息对模型修正的影响机理和规律。基于设计和建立的实验室空间桁架模型的标准试验和损伤试验，开展了基于实测数据的桁架结构模型修正，验证了结论的准确性和可靠性。对如何充分利用有限的结构特征信息对有限元模型进行高效和可靠的修正，提出了一些有价值的参考建议。     

基于空间位形的在役索膜结构有限元模型修正与安全评估

索膜结构的内力分布与空间位形相互关联,受施工阶段的几何找形与服役阶段的结构损伤、性能退化等影响,在役索膜结构的实际位形与设计状态有所差异,结构的服役性态未知,工程上的安全评估难以操作且并无可靠方法借鉴。该文提出了一种基于空间位形指标的在役索膜结构有限元模型修正方法,以模型中拉索的初始预应力作为优化参数、以结构关键节点坐标的匹配作为模型修正目标函数,通过构建基于结构特征点空间位置信息的目标函数来反映有限元模型与实际结构的吻合度,设计ABAQUS与MATLAB联合仿真优化程序,利用全局搜索和局部优化实现模型修正。现场试验采用三维激光扫描获取在役索膜结构空间位形信息,基于实测数据对有限元模型进行修正。修正后模型与实际结构受力状况更为接近,与索力的实测结果对比表明,有限元模型的索力由修正前最大偏差10%~30%降低至10%以下,验证了方法的有效性与准确度。利用修正后的有限元模型实现了在役索膜结构的安全评估。     

长输管道悬索跨越结构静动力性能的有限元分析

应用ANSYS有限元程序,建立长输管道悬索跨越工程原型和1∶8试验模型的有限元计算模型,对有限元计算模型进行静力、模态和地震反应的有限元分析。结果表明:静力计算和模态分析中,计算结果与试验结果吻合很好,2个有限元模型的计算结果能较好地满足模型设计相似比,试验模型能较好地反映原型结构的性态;地震反应分析和试验中,输入的最大横向和竖向地震反应加速度折合原型均超过0.4g,但模型构件未发生破损,结构体系保持稳定,表明悬索跨越结构具有抗御地震烈度9度而保持使用功能的能力,但有限元模型地震反应计算结果与试验实测值之间存在着一定差异,分析了造成差异的原因。     

基于数值模拟的管材平面弯曲成形几何加工精度规律

目的 建立高精度的有限元仿真模型可以有效地指导实际加工生产,在减少实验成本及结构件制造开发周期的同时提高成形效率。提高数值模拟中金属管材平面弯曲成形的几何加工精度,同时探究关键工艺参数对几何精度的影响规律,确定最佳工艺参数组合。方法 以管材平面弯曲成形构件为研究对象,建立了基于自由弯曲技术的管材弯曲成形有限元仿真模型,并通过实际加工实验验证了仿真精度,随后针对仿真模型的几何误差进行了参数补偿。将使用较高精度的仿真模型模拟得到的数据作为数据来源,研究关键工艺参数对仿真成形几何精度的影响机制,采用熵值法确定最佳工艺参数组合。结果 通过实际成形实验对比分析,在不同成形条件下,有限元仿真结果与实际加工结果高度吻合,两者之间的加工误差不超过2%,针对规格为32 mm 2 mm的20号碳钢管材,当轴向推进速度为5 mm/s,管材与弯曲模间隙值为0.25 mm时加工精度最高。结论 优化改进后的有限元仿真模型具有较高的几何成形精度,可有效指导实际成形工艺参数的优化工作。     

考虑螺栓球节点半刚性的网格结构有限元模型修正研究

为获取用于螺栓球节点网格结构健康监测准确有限元模型,用具有刚度可调节点单元描述节点半刚性;采用神经网络技术,利用有限测点模态信息构造网络输入参数CPFM,提出对螺栓球节点单元刚度折减系数进行分步修正新方法。以单层柱面网壳振动台试验模型为例,在螺栓球节点精细化模型基础上,基于实测模态数据对其进行有限元模型修正。结果表明,修正后有限元模型能较好反映该网壳结构的真实动力特性,采用分步修正算法能精简神经网络结构,可有效用于螺栓球节点网格结构有限元模型修正,具有一定实用价值。     

焊接微缺陷磁光成像检测有限元分析

目的 研究铁磁材料焊接微缺陷的磁光成像规律.方法 运用漏磁检测原理和法拉第磁致旋光效应,建立微缺陷三维有限元模型,分析微缺陷磁光成像过程与磁场之间的关联,研究不同提离值、励磁电流、缺陷宽度、缺陷深度下的磁光成像,以及探索这些因素对磁光图像特征的影响.在此基础上,对最小宽度为0.05 mm的微缺陷进行磁光成像检测实验,并...     

基于ANSYS的离心复合校准装置桁架结构分析

在离心复合校准装置极限载荷工况下,为确定桁架强度满足离心复合校准应用需求,对桁架结构进行有限元分析和试验验证。利用ANSYS有限元分析软件,设计仿真过程,完成对该种离心转臂式桁架结构,从结构组成、模型建立、网格划分、载荷约束设置等程序描述整个分析过程。通过分析结果云图,确定桁架受力结果符合机械结构要求。经线加速度计校准试验测试对结构分析结果进行验证,结果表明：桁架的结构强度满足使用要求,变形量与实测值接近,结构分析结果与实际应用测试值相符合,分析结果可靠。此桁架分析过程和验证方式可为类似桁架分析提供参考。     

界面应力传递重新分析及Cohesive模型参数的确定

在经典剪滞理论中引入双线性cohesive模型表征纤维/基体之间的非理想界面,重新分析了纤维增强复合材料中的应力传递机理,得到了考虑界面因素的应力分布。用上述结果解释了单丝段裂实验过程中的现象,讨论了界面参数和材料性能对应力分布的影响。基于上述理论,建立了用cohesive单元表征界面的模拟单丝段裂实验的三维有限元模型,结合单丝段裂实验结果,提出了一种估测cohesive界面刚度参数的新方法。数值和理论分析结果与实验结果对比,吻合良好,可以为材料的界面性能分析和材料设计提供参考依据。     

基于复模态实验数据的粘性阻尼矩阵的修正

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量信息修正存在的动力模型是非常必要的。考虑用不完备复模态实验测量数据修正粘性阻尼矩阵的问题。在假定分析质量矩阵与刚度矩阵是精确的情况下,通过求解一个约束最优化问题,得到了满足特征方程的加权Frobenius范数意义下的最优对称修正矩阵。     

基于人工神经网络的藏式结构有限元模型修正

针对典型藏式传统建筑年代久远、建造过程无设计图纸、存在太多不确定性,通过有限元数值分析所得结果与实验结果不能较好吻合问题,建立所测结构的有限元模型,并通过人工神经网络方法,以实测结构模态参数为目标对典型藏式结构的有限元模型中部分不确定因素—梁及雀替的等效变截面梁高、材料密度及弹性模量进行修正,得到更接近真实状态的有限元模型。该模型对该典型藏式结构的损伤识别、可靠度评估具有重要意义。     

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。     

HDPE瓶顶部负载仿真分析

目的 针对一款吹塑成型的牛奶包装HDPE瓶易瘪瓶的问题,研究瓶体不同部位的厚度比对HDPE瓶顶部负载的影响,并轻量化设计HDPE瓶。方法 通过3D扫描获得HDPE瓶的3D实体模型,测量瓶体厚度,并在ABAQUS中构建不等壁厚的HDPE瓶壳体有限元模型,通过静压试验验证有限元模型的准确性。仿真分析厚度比对整瓶顶部负载能力的影响,并拓扑优化HDPE瓶材料分布。结果 顶部负载时,有限元模型仿真分析和实验得到的临界载荷和临界位移误差分别为2.49%和5.11%;结合厚度比优化与轻量化分析可知,HDPE瓶单瓶材料用量减少了12 g。结论 考虑了瓶体实际厚度的HDPE瓶有限元模型具有较高的准确度。在设计HDPE瓶时,应关注瓶体各部位的厚度组成,以获得更好的瓶体力学性能。