基于响应面与灵敏度分析的区间不确定性参数识别方法

针对工程结构中普遍存在的不确定性,需开展考虑不确定性的有限元建模与模型参数识别。提出了具有区间不确定性参数识别的分步实施方法:①通过Box-Behnken矩阵设计方法进行响应面的样本点设计,并代入有限元模型计算获得结构的关心固有频率;基于二次多项式建立固有频率与待识别参数间的响应面模型;基于优化方法与自适应响应面思想对区间参数中值进行识别;②基于响应面模型并结合灵敏度分析,实现迭代区间参数半径的识别。通过某个质量—弹簧系统的数值算例和一组镜架系统工程实例的区间不确定性参数识别,验证了所提出方法的可行性和可靠性;参数识别结果表明所提出的方法具有较高的计算效率且可有效地避免区间优化导致的收敛问题。     

基于薄层单元的螺栓连接结构接触面不确定性参数识别

提出了一种螺栓连接接触面不确定性参数识别方法,首先采用薄层单元对接触面进行参数化,然后根据不确定性识别方法识别薄层单元参数。以四螺栓搭接结构试验模型为研究对象,开展接触面不确定性参数识别方法仿真研究。采用Monte-Carlo方法构造待识别参数真实值样本,代入基准有限元模型中计算获得具有统计意义的仿真试验数据;采用不确定性参数识别方法预测薄层单元参数均值与标准差,仿真结果表明:该方法能够较为准确的模拟接触面法向和切向接触刚度,并显著提高连接结构的建模效率,建立反映真实结构动态性能统计特征的有限元模型。     

典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性研究

工程结构中普遍存在螺栓连接,其中螺栓连接界面的非线性与不确定性是其两个重要特性,该研究针对某典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性开展研究。通过结构不同次装配工况的正弦振动试验,获得了系统轴向振动固有频率与模态阻尼比的不确定性。采用薄层单元建立螺栓连接结合面模型,基于薄层单元弹性模量、泊松比与连接系统固有频率的关系,以及薄层单元材料损耗因子与模态阻尼比的关系,再结合基于主成分分析(PCA)的不确定性有限元模型修正方法,利用螺栓连接系统的不确定性研究试验结果,对薄层单元的弹性模量、泊松比及材料损耗因子区间进行了识别。识别得到的螺栓连接轴向固有频率与模态阻尼比区间与试验结果区间吻合较好,研究结果为类似螺栓连接结构结合面动力学建模及其不确定性研究提供了新方法。     

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。     

基于粒子滤波算法的风力发电塔地震动力响应预测

建立有限元分析模型过程中产生的误差和不确定性可导致试验和有限元分析结果之间显著的差异性,量化此类不确定性对结构动力响应预测尤为重要。基于粒子滤波算法对有限元计算结果的不确定性进行量化,提出了一个用于结构动力响应预测的概率贝叶斯估计计算框架,并通过风力发电塔振动台试验动力响应观测结果对计算方法的合理性与有效性进行验证。结果表明：随地震波输入幅值的增大,有限元计算结果的误差显著增大,考虑试验观测值修正之后可以显著减小此类不确定性的影响;粒子滤波算法用于结构动力响应预测精度较好,预测值与试验实测值具有很好的一致性;将粒子滤波算法与振动台试验相结合能够对结构动力响应进行有效预测,具有一定的工程应用参考价值。     

弱非线性和不确定性对结构动力学分析的影响

局部连接引起的弱非线性和加工制造公差引起的参数变化不确定性是许多工程结构的常见现象。针对弱非线性和参数变化不确定性对结构动力学分析的影响进行了讨论,提出了一种通过恒位移和恒速度响应的振动试验进行非线性建模,并用统计分析来处理不确定性,建立尽可能精确的数学模型进行结构动力学分析的处理方法。仿真实例是在对美国Sandia国家实验室2006年提出的"结构动力学问题的模型确认挑战"研究的基础上,建立的具有非线性刚度和非线性阻尼以及参数变化不确定性的三自由度集中质量模型,仿真结果验证了方法的有效性。     

气动弹性系统的模型确认与鲁棒颤振分析

研究了气动弹性系统的不确定性建模和鲁棒颤振分析问题.将结构的不确定性考虑为参数形式,非定常气动力的不确定性考虑为参数和未建模动态两种形式,建立了不确定系统的线性分式变换模型.分别使用基于Carathe-dory-Fejer插值定理和Nevanlinna-Pick插值定理的模型集检验方法进行了模型确认,在时间域和频率域中对模型集的有效性进行了验证,确定了不确定性的幅值.对于模型确认得到的不确定气动弹性系统,使用μ分析方法进行了鲁棒颤振分析.计算中,飞行速度是作为给定参数而不再是作为摄动变量,由此得到的鲁棒稳定性边界是匹配点解.仿真数值结果给出了鲁棒颤振速度,表明了方法的有效性.     

Kriging响应面代理模型在有限元模型确认中的应用

结合Kriging理论,实现Kriging响应面代理模型在有限元模型确认过程中响应预测的应用。讨论模型验证与确认的基本思想,初步提出有限元模型确认流程;以Garteur benchmark飞机结构瞬态响应仿真为例,建立加速度响应最大值Kriging响应面,通过蒙特卡洛方法,实现有限元模型参数不确定性正向传递;采用核密度估计建立加速度响应最大值概率分布,计算响应量置信区间上下限。结果表明,Kriging响应面能准确对有限元模型响应进行预测,可为有限元模型确认过程提供很大便利。     

基于分层思想对复杂工程结构的有限元模型修正技术研究

由于复杂工程结构的有限元模型中不确定参数较多,不确定参数的变化范围较大,对其修正时目标参数难以收敛,针对此问题提出引入模型确认技术中的分层思想,建立了分层模型修正技术的数学模型,把复杂工程结构按连接特性分解为若干个子结构,再把子结构分成若干个零件,分别对零件、子结构进行修正,最后不需要对整体结构进行修正而生成工程中可接受的有限元模型,以模型确认技术领域内的benchmark模型为例进行分层修正,研究结果表明了基于分层思想的有限元模型修正结果精度较高,具有较大的工程应用价值。     

几种阻尼模型的建模方法及评价

利用一种统一的阻尼模型的定量评价方法和评价指标,设计了一套适用于评价各种阻尼模型的标准测试案例。分析了工程结构动力学建模过程中几种阻尼模型。通过标准测试案例的数值测试,比较了这些阻尼建模法的性能差异。结果表明,不同的阻尼建模方法对结构动力学有限元模型的精度有显著影响,应该对此影响加以考虑;单元阻尼法,对实际的工程结构来说更有意义。