基于Monte Carlo法的结构动力学模型确认

提出一种蒙特卡洛模拟(MCS)与多元回归分析相结合的有限元模型确认方法。采用基于动态响应面法生成的代理模型改进直接MCS,用一种逐步迭代的方式改进代理模型保证模型确认的精度。传统欧氏距离/马氏距离从不同方面描述了两点间距离,然而如果在距离准则中能够同时考虑两者则会更全面。在相关性分析过程中,综合欧氏/马氏距离的特点,采用了一种欧氏/马氏距离相结合的不确定量化方法(距离判别方法),并给出了基于此指标的迭代收敛判断准则。算例仿真结果表明:所提出的有限元模型确认方法和此距离判别方法的使用,能比较大地降低MCS的计算量并能得到满意的模型确认结果,迭代收敛的稳定性和精度都有了提高。     

基于替代模型的岸桥随机有限元模型修正

研究了考虑参数随机不确定性的岸桥有限元模型修正问题。首先,假设岸桥的待修正参数和模态参数都服从正态分布,将不确定性模型修正问题转化为均值和标准差的修正问题;其次,以某岸桥为研究对象,进行风振响应实测,利用随机子空间法得到岸桥前4阶实测模态参数;最后建立岸桥的有限元模型,基于Kriging替代模型及多目标遗传算法对岸桥结构进行有限元模型修正。结果表明,考虑参数不确定性的随机有限元模型修正方法能有效修正岸桥结构参数的均值和标准差。     

基于响应面法的结构动力学模型修正

为了获得精确的结构动力学模型,提出了响应面和优化相结合的方法。利用参数化模型和优化拉丁方试验设计获取样本点构造多项式响应面模型,最小二乘法确定多项式系数并检验响应面的拟合精度。用响应面计算结果与实验结果的误差构造目标函数,自适应模拟退火算法来优化修正响应面参数,将修正后的参数值带入有限元模型得到修正模型。以欧洲航空科技组织的基准模型GARTEUR飞机模型为算例,对比修正前后模态频率,结果表明修正后的模型在测试频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,进而验证了基于响应面法与优化方法相结合的结构动力学有限元模型修正的有效性。     

基于Kriging改进响应面法的桥梁地震动力可靠度研究

鉴于桥梁结构对地震响应的非线性和复杂性等问题,提出了基于Kriging改进响应面法的桥梁结构地震动力可靠度分析方法。首先利用Kriging模型的优越模拟性能,将其作为响应面函数,并采取自适应策略加以改进,而后采取线性过滤器脉冲响应法对地震随机激励荷载进行了离散,并基于首次超越问题的定义建立了动力可靠度极限状态方程,最后对桥梁结构的地震可靠度问题进行了分析。计算分析结果表明:提出的基于Kriging模型的改进响应面法能有效完成桥梁地震动力可靠度的计算分析(包括结构参数随机性对桥梁动力可靠度的影响),且结果具有较高的准确性和高效性。     

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.     

基于代理模型的空投装备气囊缓冲系统多目标优化

基于有限元法和控制体积法建立装备-气囊系统有限元模型,并采用试验数据对模型进行验证。复杂气囊系统着陆缓冲过程仿真计算资源消耗大,难以应用传统迭代方法进行参数优化。为克服这些问题,结合扩展拉丁超立方设计,以最大着陆冲击加速度和最大翻转角度为响应,采用径向基函数构建代理模型。在代理模型基础上,利用多目标遗传算法对主气囊高度、横向宽度及排气孔面积等气囊缓冲系统参数进行了多目标优化。优化结果表明:优化后最大冲击加速度减小了15.5%,最大翻转角度减小了70.3%,缓冲性能与横向稳定性均有所提高。     

大孔径反射镜组件随机振动响应分析与试验

大孔径反射镜的柔性支撑在随机振动试验中应力响应较大,可能产生残余应变进而导致空间光学遥感器成像质量下降,因此,对大孔径反射镜组件进行随机振动响应分析尤为必要。阐述了随机振动分析的基本原理及其有限元实现。建立了反射镜组件的有限元模型,对其进行了随机振动响应分析,得出了反射镜的加速度均方根响应和柔性支撑的均值应力响应。分析结果表明：反射镜加速度响应均方根为16.3Grms;柔性支撑的均值应力响应为34.9MPa。随后进行了随机振动试验验证,结果表明：反射镜组件均方根加速度响应为16.0Grms;均值应力响应为30.3MPa。均方根加速度响应分析误差为1.8%,均值应力分析误差为13.2%,满足精度要求,验证了该方法的正确性。     

基于贝叶斯法的复杂有限元模型修正研究

从概率思维角度出发,证明基于最大熵原理的贝叶斯反分析准则函数法和解不适定问题的正则化方法是一致的,提出一种基于信息融合和贝叶斯理论的模型修正方法。该方法采用试验设计构造样本,采用二次响应面作为快速运行模型,通过响应面自身的特性和精度要求进行收敛判断,在响应面迭代中确定信息融合系数（设计规范、有限元计算信息、实测信息）和待修正的设计参数值。该方法充分利用先验信息,迭代计算量较小,可推广至大型复杂非线性结构。某抽水蓄能电站地下厂房结构的有限元模型修正结果验证了该方法的有效性     

基于ARMA模型的水下爆炸冲击谱预测

针对舰船设备抗冲击设计冲击环境预测难的问题,提出了利用自回归滑动平均模型（ARMA模型）预测水下爆炸冲击响应谱的方法,并引入遗传算法优化ARMA模型阶数。理论介绍了舰船设备水下爆炸冲击谱模型及ARMA模型。建模所需样本数据通过对有限元软件仿真输出的冲击响应信号进行去趋势化和平稳化处理获得,根据该样本数据的自相关函数和偏自相关函数统计特性分析,验证了ARMA建模的可行性。在此基础上,利用遗传算法优化后的ARMA模型,对水下爆炸冲击响应信号进行预测,并通过分析预测误差特性评估预测效果。研究结果表明,基于遗传算法优化的ARMA模型可以很好的预测水下爆炸冲击响应信号,从而为舰船设备抗冲击设计提供帮助。     

基于SVR 方法的有限元模型确认中不确定性建模研究

针对模型确认中结构有限元模型不确定性建模问题,采用D最优实验设计方法生成无明显分布规律的样本空间,提出用支持向量机回归（Support Vector Regression）方法建立结构响应和不确定参数之间的映射关系,给出了基于SVR方法进行不确定建模的一般步骤,引入了三级检验对支持向量机响应面模型的精度和泛化能力进行全面评价,以GARTEUR模型为仿真算例,比较了向量机响应面模型和幂多项式响应面模型,结果证明了该方法对模型的不确定性建模问题具有较高的精度,具有较好的推广性。     

圆柜内机缓冲衬垫多目标优化设计

目的 基于有限元软件研究圆柜内机包装件静态载荷下的力学特性，并进行多目标优化设计。方法 利用CREO建立三维模型、ANSYS Workbench建立有限元模型，对圆柜内机包装件进行静力学分析。以上缓冲衬垫的5条筋条厚度和2侧壁厚作为设计变量，以上缓冲衬垫的质量、包装件的最大变形量和最大等效应力作为目标函数建立优化模型。基于OSF试验设计方法和Kriging模型，采用多目标遗传算法进行多目标优化设计。结果 优化前的包装件最大变形量为1.511 3 mm，最大等效应力为0.327 6 MPa。优化后包装件的筋条和侧壁厚度显著降低，上缓冲衬垫质量减少了27%，整体强度无显著降低。结论 建立的多目标优化设计方法合理且Kriging模型精度较高，在保证缓冲防护效果的基础上，实现了轻量化设计，降低了包装成本。     

Evaluation of response surface methodologies used in crashworthiness optimization

Optimization of car structures is of great interest to the automotive industry. This work is concerned with structural optimization of a car body with the intent to increase the crashworthiness properties of the vehicle or decrease weight with the crashworthiness properties unaffected. In this work two different methodologies of constructing an intermediate approximation to the optimization problem are investigated, i.e. classical response surface methodology and Kriging. The major difference between the two methodologies is how the residuals between the true function value and the polynomial surface approximation value at a design point are treated.Several different optimization problems have been investigated, both analytical problems as well as finite element impact problems.The major conclusion is that even if the same kind of updating scheme is used both for Kriging and linear classic response surface methodology, Kriging improves the sequential behaviour of the optimization algorithm in the beginning of the optimization process. Problems may occur if a constraint is violated after several iterations and then classic response surface methodology seems to more easily be able to find a design point which satisfies the constraint.     

金属橡胶减振器抗冲击特性有限元仿真研究

目的 提出一种用于工程计算的金属橡胶数值模拟方法,为制备缓冲性能良好的金属橡胶材料提供了理论基础。方法 建立金属橡胶减振器有限元模型,由Sprng-Dampr165单元定义金属橡胶材料;通过数值模拟,计算了不同负载质量对其抗冲击特性的影响,并对其进行可行性分析。结果 有限元结果表明,响应加速度峰值在负载质量为4.2kg时,最大误差为27.72%;在负载质量为9.8kg时,最大误差为38.15%,试验结果与有限元结果趋势相同,验证了其可行性。结论 当冲击载荷较小时,提出的数值模拟方法在模拟金属橡胶减振器的抗冲击特性时有着较好的表现。     

某带泡沫护帽的筒装导弹跌落仿真分析

目的验证某肩扛发射的筒装导弹在0.5 m跌落工况下聚氨酯泡沫护帽的缓冲效能。方法对筒弹进行0.5 m无损跌落试验,发现挡销块被剪切破坏,通过固定在弹体上的加速度传感器,得到弹体加速度数据;然后通过有限元仿真软件Ansys/LS-DYNA模拟筒装导弹的跌落过程,分别得到挡销块应力分布及弹体加速度数据。结果挡销块某区域应力超过其材料强度极限,从而发生单元失效,与试验现象一致;弹体在弹轴方向上的加速度最大值为200g,与试验值183g的误差为9.3%,表明建立的仿真模型合理有效。根据此模型对提出的2种改进优化方法的有效性进行了仿真验证。结论通过试验与仿真对比建立合理有效的有限元仿真,验证了更改挡销块材质及加厚护帽,均可满足在0.5 m跌落环境下的强度要求,为产品下一步的改进优化提供了有效建议,可提升产品的研制效率,节约试验成本。     

薄型烟机包装实验室测试与跌落仿真分析

目的 研究薄型烟机包装跌落状态下的变形问题,并根据测试及仿真分析结果提出整改方向和具体措施。方法 根据运输包装件跌落试验方法确定导致产品变形的跌落工况,基于Creo和Ansys Workbench软件进行产品包装件跌落仿真分析,得到产品的位移及应力分布。结果 扫频测试共振频率与模态分析固有频率一致,证明了有限元模型建立的正确性;跌落过程中能量守恒证明了分析结果的正确性;最大位移分布于滤网、蜗壳、电机上,最大应力分布于产品外壳上;实验室测试与仿真分析得到的加速度随时间的变化趋势基本相同。结论 分析产品跌落变形问题可采用实验室测试与有限元仿真分析相结合的方法,全面评价产品变形情况和应力集中现象。解决薄型烟机变形问题可通过增加衬垫、改进产品结构等方式实现。有限元模型的验证和分析过程中的能量守恒能够保证有限元分析结果的正确性。     

液晶显示器缓冲垫绿色设计及有限元分析

目的设计绿色环保的液晶显示器缓冲衬垫,并对其受跌落冲击时的缓冲效果进行有限元分析。方法采用瓦楞纸板折叠成形的方式对液晶显示器的缓冲衬垫进行绿色设计。在ABAQUS有限元软件中建立液晶显示器和缓冲衬垫的实体模型,通过有限元软件模拟液晶显示器运输过程中角跌落的冲击响应,分析缓冲衬垫的缓冲效果。结果角跌落冲击过程中,等效应力云图表明衬垫跌落角处变形较大,应力集中,显示器跌落角处最大应力达到1.293 MPa,但未超过材料的屈服极限。冲击加速度计算结果表明,以1 m的高度跌落时,显示器上易损件的最大冲击加速度为748 m/s2,未超过液晶显示器的许用脆值。结论瓦楞纸板折叠成形的环保缓冲衬垫满足缓冲包装要求,能有效保护显示器抵抗跌落冲击。     

舰船机电控制设备隔冲性能分析

将舰船机电控制设备作为单自由度隔冲系统建立隔振系统动力学模型。以响应加速度为指标分析系统冲击隔离能力,为机电控制设备隔冲装置设计提供参考。构建舰船机电控制设备冲击有限元模型,进行设备非线性显示动力学计算,研究机电控制设备隔冲性能。最后,搭建机电控制设备冲击试验平台,测试设备冲击动态特性。     

基于目标应变分布的TC17合金双性能盘预成形形状优化设计

目的 研究TC17合金双性能盘目标应变分布下的预成形形状优化设计方法.方法 采用拉丁超立方试验设计方法对预成形形状设计变量抽样选取样本点,并通过Deform有限元数值模拟获得样本设计变量下的局部应变分布.以局部应变分布与目标应变分布之间的方差最小为目标函数,采用Kriging方程建立近似替代模型预测响应应变误差,并结合...     

基于 ANSYS 的植物纤维缓冲包装跌落仿真分析

建立了基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA的植物纤维缓冲包装件模型。根据实际的运输流通环境,对模型进行了跌落试验,获得了跌落冲击地面时的等效应力分布和独立部件加速度峰值曲线;分析跌落冲击时衬垫对内装产品加速度峰值的弱化程度,为植物纤维衬垫设计提供可靠的参数。