基于GPR代理模型和GA-APSO混合优化算法的软基水闸底板脱空反演EI北大核心CSCD

软基水闸底板脱空是水闸在长期服役期间受水流侵蚀等环境因素影响所产生的一种危害极大且难以察觉的病害。由于其病害部位于水下,传统方法难以检测,该研究提出一种基于高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)代理模型和遗传-自适应惯性权重粒子群(genetic algorithm-adaptive particle swarm optimization,GA-APSO)混合优化算法的水闸底板脱空动力学反演方法,用于检测软基水闸底板脱空。首先,构建表征软基水闸底板脱空参数和水闸结构模态参数之间非线性关系的GPR代理模型;其次,基于GPR代理模型与水闸实测模态参数建立脱空反演的最优化数学模型,将反演问题转化为目标函数最优化求解问题;最后,为提高算法寻优计算的精度,提出一种GA-APSO混合优化算法对目标函数进行脱空反演计算,并提出一种更合理判断反演脱空区域面积和实际脱空区域面积相对误差的指标—面积不重合度。为验证所提方法性能,以一室内软基水闸物理模型为例,对两种不同脱空工况开展研究分析,结果表明,反演脱空区域面积和模型实际设置脱空区域面积的相对误差分别为8.47%和10.77%,相对误差值较小,证明所提方法能有效反演出水闸底板脱空情况,可成为软基水闸底板脱空反演检测的一种新方法。     

支架结构建模中设计参数的修正与优化

为降低某支架有限元建模的参数设置误差。根据有限元模态和实验模态结果,建立模态频率残差向量。应用灵敏度分析法,从结构12个设计参数中选取了3个弹性模量和3个密度参数作为修正量。以模态频率残差向量和参数修正量构建目标函数,并采用优化算法行求解。修正后的有限元模态与实验模态具有高度的一致性,表明修正后的支架有限元模型能够准确地反映结构特性,同时也验证设计参数修正方法的有效性和可行性。     

基于改进高斯径向基函数响应面方法的蜂窝板模型修正

用等效板理论计算蜂窝板等效结构参数建立基准有限元模型, 对基准模型中结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型。根据均匀设计方法将等效参数分为不同水平的参数组, 分别计算各参数组对应的模态频率响应, 然后建立基于一次式-高斯组合径向基函数(Linear-Gaussian RBF)的响应面模型。引入变异算子的改进粒子群算法修正响应面模型, 将搜索到的参数摄动量(优化解)代入待修正模型, 得到修正后模型。通过比较基准模型与修正前后模型的结构参数和模态频率响应的接近程度, 证实了修正方法的有效性。基于响应面的模型修正避免了迭代中重复调用有限元计算, 可提高分析效率。      

基于区间分析的不确定性结构动力学模型修正方法

提出了一种基于区间分析的不确定性有限元模型修正方法。在区间参数结构特征值分析理论和确定性有限元模型修正方法基础上,假设不确定性与初始有限元模型误差均较小,采用灵敏度方法推导了待修正参数区间中点值和不确定区间的迭代格式。以三自由度弹簧-质量系统和复合材料板为例,采用拉丁超立方抽样构造仿真试验模态参数样本,开展仿真研究。结果表明,当仿真试验样本能准确反映结构模态参数的区间特性时,方法的收敛精度和效率均较高;修正后计算模态参数能准确反映试验数据的区间特性。所提出方法适用于解决试验样本较少,仅能得到试验模态参数区间的有限元模型修正问题。     

基于增广SVM的结构动力学模型修正方法研究

研究了基于代理模型的有限元模型修正方法,针对支持向量机(Support Vector Machine,SVM)在处理非线性程度不高函数时容易出现过拟合,提出了一种采用混合基函数形式的增广SVM方法。该方法首先是在结构动力学试验结果和结构有限元模型计算分析结果的基础上,根据设计要求、灵敏度计算或工程经验选择适合的待修正参数、修正范围来确定修正样本空间,并给出样本点,其次采用增广SVM方法构造每组样本点和与之对应的目标函数之间的代理模型,采用基于Pareto最优解的多目标优化方法,以代理模型输出为目标,样本空间为变量,寻找待修正参数在修正区间内的全局最优解。用代理模型代替原有的有限元模型进行相关的计算分析,避免在模型修正过程中反复调用原有限元模型进行计算带来的高昂计算成本。通过算例一表明,增广SVM的预测结果较传统SVM方法精度更高,而算例二、三则说明所提出的基于增广SVM方法的结构动力学模型修正方法具有实际应用价值,同时计算结果具有很高的精度。     

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。     

基于径向基模型和巴氏距离的随机有限元模型修正

研究了考虑试验频响函数不确定性的有限元模型修正法。首先,假设待修正参数和响应特征量服从高斯分布,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,构造径向基模型,将频响函数经过小波变换并提取第5层低频小波系数作为径向基模型输出,并通过土狼优化算法对径向基模型的方差进行优化;然后,以最小化巴氏距离为目标,引入花朵授粉算法,分别实施待修正参数的均值和标准差的两步和同步求解;最后,通过平面桁架结构和空间桁架结构验证了所提方法的可行性。结果表明,所提随机有限元模型修正法皆能有效地修正结构参数的均值和标准差,同时在不同的试验响应下对参数均值和标准差的修正具有鲁棒性。     

含焊接残余应力的结构模型参数修正研究

提出考虑焊接残余应力的结构模型参数修正方法。在预应力分布模型基础上建立含焊接残余应力的结构刚度矩阵方程,分析了焊接残余应力对结构刚度及结构振动特性的影响;以消除焊接残余应力对数值计算规模和计算精度的影响为目标。应用结构优化算法,以结构固有频率残差最小化为目标,开展有限元模型的结构参数修正研究;最后,以圆柱壳结构为例,实施基于结构模型参数修正的优化计算,验证方法的可行性。     

基于改进MCMC方法的有限元模型修正研究

针对马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)模型修正方法在待修正参数维数较高时不易收敛和计算效率低下的问题,建立了融合自适应算法和相关向量机的快速模型修正方法。基于广义无偏见先验分布,推导了待修正参数的后验分布;在标准MCMC方法的基础上,引入延缓拒绝算法以提高新样本接受概率;引入自适应算法以自主调整建议分布的带宽。通过相关向量机建立待修正参数与有限元模型理论计算值之间的回归模型,以提高模型修正的计算效率。数值模拟和试验结构的模型修正结果表明,该方法的收敛速度较快,计算效率优于传统的一阶优化模型修正方法,为解决不确定性模型修正中的计算效率提供了一种新手段。     

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。     

基于粒子群优化算法的结构模型修改

结构模型修改已经演化为一个多学科的研究课题．在最优化框架内，应用了国际上最近提出的粒子群优化算法，该算法具有全局搜索能力并且不需要目标函数的解析表达式。对于一实际钢结构，利用部分和全部测量得到的模态数据进行了模型修改的实验研究．并与基于灵敏度分析、神经网络和遗传算法的模型修改方法进行了对比．以修改后模型计算出的模态数据与实验测得的模态数据的相似度来衡量模型修改的准确性。结果表明，在多数情况下，所提出的模型修改方法得到了最好的修改结果，因此，应用粒子群优化算法进行结构模型修改是可行的。     

基于最优化理论的多阶段模型修正及其在桥梁安全评估中的应用

在役桥梁的安全评估和加固分析往往采用原始桥梁模型,存在局限性。该文在传统的基于最优化理论的结构参数估计技术的基础上结合实际桥梁工程检测经验发展了一种多阶段模型修正法,其中采用了三步参数化技术进行结构参数化,根据待修正参数对误差指数EI的敏感性将其分级,然后采用分阶段方法实现有限元模型修正。该文比较了不同修正参数集以及不同方法的模型修正效率和效果,并将修正后的有限元模型运用于在役桥梁承载性能分析,结果表明:多阶段模型修正法较直接修正法有较高的效率和较好的效果,修正后模型能实现在役桥梁较为详尽系统的安全评定。     

基于响应面的刚构-连续组合梁桥有限元模型修正

首先对响应面法在有限元模型修正中应用的主要问题,包括实验设计、参数筛选、响应面拟合及参数优化等进行了讨论,进而基于现场动力试验数据对一刚构-连续组合梁桥#x02014;靖远黄河大桥的有限元模型进行了修正。选取箱梁和桥墩的弹性模量以及连续墩顶支座及边跨联端支座的横向和竖向刚度为修正参数,采用中心复合设计法进行实验设计、计算样本值,分别构造两个响应面模型,其中一个考虑交互项的影响、一个不考虑交互项的影响,然后以这两个响应面模型代替初始有限元模型分别进行修正。修正结果表明,考虑和不考虑交互项的影响对修正后部分参数的取值有一定的影响,而对频率的修正精度影响不大。两种模型修正后的频率取值均与实测频率较吻合,修正后的模型能准确地反映桥梁的动力特性,可作为后续损伤识别及状态评估的基准模型。     

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。     

基于模型重构的在役海洋钻机底座结构性能分析

为确保海上钻采安全高效生产,结合工程经验和测试数据,将有限元模型修正问题转化为最优化参数估计问题,提出了基于优化的底座模型重构方法,用于在役海洋钻机底座承载能力计量和结构安全评价。以加载试验结果修正数值模型,高阶载荷的修正值与实测值误差不超过6％;将修正后的结构参数作为参考值来模拟底座的静、动态力学性能,预测到底座的薄弱井位、结构的薄弱部位以及安全承载能力。     

Bayesian time–domain approach for modal updating using ambient data

The problem of identification of the modal parameters of a structural model using measured ambient response time histories is addressed. A Bayesian time–domain approach for modal updating is presented which is based on an approximation of a conditional probability expansion of the response. It allows one to obtain not only the optimal values of the updated modal parameters but also their associated uncertainties, calculated from their joint probability distribution. Calculation of the uncertainties of the identified modal parameters is very important if one plans to proceed in a subsequent step with the updating of a theoretical finite-element model based on modal estimates. The proposed approach requires only one set of response data. It is found that the updated PDF can be well approximated by a Gaussian distribution centered at the optimal parameters at which the updated PDF is maximized. Examples using simulated data are presented to illustrate the proposed method.     

基于Kriging模型和无迹卡尔曼滤波的转向架构架模型修正

为提高转向架构架模型的修正效率和实时性,提出了一种基于Kriging模型和无迹卡尔曼滤波的模型修正方法.首先,对构架进行模态分析,引入信息熵确定模态阶数来优选频响函数频率区间.其次,构造Kriging模型,将频响函数经过小波变换并提取第4层低频系数作为Kriging模型输出,并通过改进的灰狼算法(grey wolf o...