振动子结构综合与修正方法研究综述

在大型复杂的结构设计过程中,子结构综合与修正方法由于其快速、动态、综合等特点越来越广泛地应用于现代结构设计之中,以完善子结构综合与修正方法知识参考、引起国内学者关注该技术研究为目的,阐述了振动子结构与系统之间的综合与修正方法。在子结构综合方法中,主要对比分析了模态缩减与综合、频域JETMUNDSEN、REN、机械阻抗导纳法综合法、频响函数奇异值分解降噪法、子系统转角自由度刚柔等效及转换方法的原理及应用,评述了上述方法的优点与不足,就尚未解决的问题作了进一步探讨;在子结构修正方法中,对比分析了多重参考基准修正法、目标函数动态修正法、参数型修正、神经网络型修正、灵敏度修正、频响函数修正等方法的应用,总结了模型修正方法中存在的一些问题。最后,提出了振动子结构综合及修正方法的研究趋势。     

振动系统动力学模型修正方法比较研究

振动系统的动态特性主要取决于其模态参数.修正动力学模型可以提高分析模型与实际系统二者模态参数的一致性或其频响函数曲线间的相似度.这对于准确、可靠预测振动系统的动态特性或动态响应非常重要.文中概述了模型修正基本理论,并对不同模型修正方法进行比较分析.     

响应面法用于磨机传动系统扭转振动模型修正

大型设备传动系统的扭转振动影响系统的正常工作,严重时会导致系统损坏,避免共振是缓解扭转振动的有效手段,针对此问题,以某大型磨机设备为研究对象,建立以响应面法的有限元模型修正理论为基础的方法。通过扭转振动分析,经显著参数筛选,以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数,对传动系统有限元模型可能存在的误差进行修正。在获得较精确模型的基础上,对其传动系统进行了基于响应面的优化设计,调整系统的模态频率,使其有效避开了系统的工作频率,实现了传动系统的优化,表明以响应面法的有限元模型修正方法对传动系统设计具有参考价值。     

基于矩阵逼近的模型修正方法的研究

提出一种新的以试验振动和参数辨识的数据为参数,进行有限元分析模型修正的方法。该方法基于矩阵最佳逼近理论,运用Ｂａｙｅｓ估计原理来处理试验结果误差带来的试验模态可信度问题,求取分析模对试验获得的不完备模态的谱点的最佳逼近结果,最后获得质量阵的最小修正模型。     

基于遗传算法的降阶模型修正方法研究

以实验模态数据修正降阶模型为研究对象，由于所测量的特征对阶数通常小于模型阶数，造成了特征方程为超越方程。为了求解超越方程以确定质量与刚度修正矩阵，提出随机给定超越方程中的多余变量值，采用遗传算法来寻优。为了使修正矩阵的范数较小，对多余变量值进行了约束处理。为了达到修正目的，通过不断改变多余变量值，并采用基于实代码遗传算法来确定优化结果，最后给出了一个计算实例。该算法的优点是可以得到多组最优阶，精度较高；缺点是计算量较大，不适合于动态模型修正。     

基于MIGA的结构模型修正及其应用

为了寻找到优化域内的全局最优解,获得更准确的结构有限元模型,提出将多岛遗传算法(MIGA)应用到模型修正中,以响应面替代模型简化有限元计算分析,以有限元理论分析模态与结构实测模态残差为目标优化函数.在参数灵敏度分析的基础上,建立桥梁结构动力响应、单元弹性模量、密度以及截面面积的优化数学模型,采用MIGA作为优化策略,对桥梁结构进行了动力测试和模型修正.结果表明,模型修正效果良好,可真实反映结构的动力学特性,证明了该方法的有效性和可行性.     

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。     

结构振动分析的板壳单元有限元模型修正

基于ＳＡＰＳ结构分析程序的板壳单元，推导结构固有振动频率对板壳单元厚度的灵敏度公式。通过改变板壳单元厚度，模拟某轻型客车动力总成中离合器壳两端螺栓连接部分的建模误差，修正了该动力总成弯曲振动分析的有限元模型。     

数控机床主轴系统热模型参数多目标修正方法

为使数控机床主轴系统热模型更为准确,混合响应面模型和多目标遗传算法,提出一种多参数、多目标热模型修正方法。该修正方法根据热平衡试验所获得的数控机床主轴系统热态特性(温升、热变形等)数据,采用中心复合设计的试验设计方法,在设计空间抽取样本点进行数值模拟,建立了由多个有限元热模型设计参数所决定的主轴系统热态特性的二阶响应面模型,利用多目标遗传算法对响应面模型进行循环逼近优化,取得Pareto最优解集,提高原有限元热模型的准确度。最后,以某精密数控双磨头磨床主轴系统为例进行分析,结合热平衡试验的温升和热变形数据,并以此为目标对其有限元热模型的4个主要参数(1个热流密度,3个换热系数)进行了修正研究。结果表明:提出的基于近似模型的多参数、多目标修正方法,适用于机床主轴系统等复杂结构的模型修正,可以有效地利用试验数据,通过有限次的数值模拟计算获得需修正参数的最优解,减少了模型分析的计算误差,使得修正后的模型结果更为接近实际。     

基于加速度频响函数的改进响应面模型修正

为提高模型修正精度,将加速度频响函数引入到改进的响应面模型修正当中.首先分别采用模态参与度准则和有效独立法确定试验最佳激励点和测量点,然后根据待修正参数选取样本点,计算其对应的加速度频响函数,构造初始响应面模型;其次利用三倍方差准则,对预测值进行检验,剔除远离响应面的离群点;再优化初始响应面模型得到最优解作为新的样本点...     

基于近似似然的频响函数不确定性模型修正

贝叶斯模型修正框架下,以频响函数作为目标,提出了一种使用近似似然函数的不确定性模型修正方法。相比于模态参数,频响函数包含了结构更加充分的信息,用于结构动力学模型修正时有诸多优点,但现有的不确定性模型修正方法并不能很好地实现将频响函数作为目标进行修正。针对此问题,介绍了频响函数和贝叶斯框架下的不确定性模型修正理论,基于近似贝叶斯计算提出了一种近似似然函数,可适用于频响函数作为目标进行不确定性修正。将提出的似然函数应用到三自由度数值和H型非对称梁的有限元模型修正算例中,并结合DREAM算法对不确定性参数进行识别。研究结果表明：修正后参数的上、下限与目标值相差无几,修正后模型的频响函数与目标值几乎重合,在一定噪声水平下仍具有较好的修正效果,验证了所提方法的有效性。     

夹具特性与振动控制方式对试件响应的影响

由于夹具是振动环境试验中一个重要的参试部件，对于相同的试件，采用不同的夹具和试验控制方式，可能会对试验结果产生不同程度的影响。针对某导弹战斗部，采用ANSYS软件分析了两种不同夹具及两种控制方式对试验测点加速度响应的影响。结果表明，虽然振动控制满足要求，但夹具力学特性和试验控制方式的不同，对复杂试件上测点响应的影响是比较明显的。     

响应面有限元模型修正的实现与应用

以响应面有限元模型修正方法为基础,结合软件MATLAB和ANSYS的集成实现了结构模型修正.以钢架结构为例,利用响应面有限元模型修正方法及所编制的工具箱,以实测模态数据为依据,修正了钢架的有限元模型.修正结果表明,有限元模型计算结果与实测结果之间的误差明显减小.     

基于键合图的模型修正方法

提出了一种基于键合图的参数型模型修正方法。该方法以实测的基于键合图的模态参数和结构的原始设计参数为参考基,寻找满足特征方程且与参考基最邻近的修正过的结构参数。其原理简单,运用方便,只需进行3次迭代。这不仅能应用于力学系统的模型修正,还能推广应用于非力学系统及复杂的多能域耦合系统的模型修正问题。给出的算例证明,运用该方法能取得较好的修正效果     

基于实测数据的车轨耦合模型更新方法

提出了一种适用于车轨耦合系统的模型更新方法,其更新过程主要由两大步骤来实现:a.更新列车运行速度;b.更新扣件刚度。首先,建立了地铁列车车轨耦合系统模型,采用迭代的方法求解系统动力响应;其次,选取地铁普通整体道床轨道线路开展测试以获得现场实测数据,随后利用车轨耦合系统模型发现钢轨位移动力响应受扣件刚度影响较为明显,而受扣件阻尼影响较小。更新列车运行速度的主要目的是使激振主频更加吻合现场实测状况,在此基础上更新扣件刚度可使频域幅值更为接近。钢轨位移动力响应的频谱由列车周期荷载的一阶多次频率控制,这是由于轨道结构的多点连续支承特性所造成的。通过对比模型更新后的模拟结果与测试结果,验证了所提模型更新方法的可行性。研究结果表明,更新列车运行速度及扣件刚度是进行地铁列车与轨道耦合系统模型更新的有效方法之一。     

考虑结构参数不确定性的随机模型修正方法

提出了一种随机模型修正方法以确定结构不确定性参数的概率统计特性,使得模型修正的应用更符合工程实际。将随机模型修正过程分解为一组确定性修正过程,利用蒙特卡罗仿真得到的响应样本并结合响应面模型的快速运算特性,构造优化反演过程来求得各个样本所对应的一组参数值,进而基于大量样本统计得到参数的均值和方差。所提出方法经过一组试验钢板的验证,准确求得了钢板厚度和材料参数的均值和方差,说明了方法的可行性和可靠性。     

考虑模型偏差的结构动力学模型修正

针对结构有限元模型修正后仍可能存在模型偏差的问题,提出用待修正参数的不确定性来表征模型偏差的有限元模型修正方法。首先,基于响应面方法识别得到待修正参数的最优值,并通过计算结果与试验结果比较获得模型偏差;然后,基于响应面模型并结合灵敏度分析计算得到模型偏差对待修正参数的影响,从而得到考虑模型偏差后待修正参数的区间;最后,通过一个悬臂梁工程实例的模型修正,验证了笔者所提出方法的可行性。结果表明,考虑模型偏差的修正可以提高模型可靠性。