Finite element model updating of existing steel bridge based on structural health monitoring

Based on the physical meaning of sensitivity,a new finite element（FE） model updating method was proposed. In this method,a three-dimensional FE model of the Nanjing Yangtze River Bridge（NYRB） with ANSYS program was established and updated by modifying some design parameters. To further validate the updated FE model,the analytical stress—time histories responses of main members induced by a moving train were compared with the measured ones. The results show that the relative error of maximum stress is 2.49% and the minimum relative coefficient of analytical stress—time histories responses is 0.793. The updated model has a good agreement between the calculated data and the tested data,and provides a current baseline FE model for long-term health monitoring and condition assessment of the NYRB. At the same time,the model is validated by stress—time histories responses to be feasible and practical for railway steel bridge model updating.     

采用动力测试的双转子卧螺离心机模型修正

基于动力测试及有限元模型修正建立准确的双转子结构卧式螺旋离心机动力学模型. 通过对复杂双转子装配体进行分步动力测试,获得整机及内转子在不同支撑条件下的前3阶模态参数. 研究双转子结构三维有限元模型精确建模方法并建立结构连接刚度的参数化模型. 通过有限元模态仿真分析及仿真结果与各阶试验模态参数的对比,检验模型的有效性. 通过参数灵敏度分析,获得卧螺离心机各连接结构中对结构模态参数影响最大的因子,并使用遗传算法分别对内转子和整机关键连接结构进行模型修正. 修正后的整机有限元模型在轴承支撑状态下前3阶弯曲模态频率仿真结果与试验结果之间的误差小于5%,可以较好地模拟卧螺离心机的动态特性,为深入的振动分析打下良好基础.     

结合同伦代理模型的静力贝叶斯随机模型修正

为了使用随机静力位移测量数据对结构有限元模型进行修正,并保证计算效率,提出了一种同伦代理模型与贝叶斯抽样方法结合的随机模型修正方法。首先以结构静力位移构建目标函数,然后采用延缓拒绝自适应抽样算法对修正参数的后验概率密度进行估计。抽样过程中,采用同伦代理模型替代有限元模型对结构静力位移进行计算。数值算例和试验结果表明：进行变截面梁的有限元模型修正时,与二次响应面模型相比,在静力贝叶斯模型方法中利用同伦代理模型,修正参数的后验概率密度能更准确地复现结构随机响应,使修正后的结构随机响应与测量结果概率密度函数更加吻合。即使在随机测量误差的变异系数较大、先验信息与真实修正参数之间差异较大时,所提方法仍能够快速得到修正参数的后验概率密度,使修正参数计算的结构随机位移响应与测量结果的概率密度函数保持一致。同伦代理模型结合贝叶斯抽样算法能在概率框架内快速而准确地对结构进行随机模型修正。     

一种基于语义的异构数据模型映射方法

针对虚拟样机应用集成中的数据交换问题，考虑到产品模型的表达方式，提出了基于语义的异构模型间映射描述方法；该方法将异构数据交换问题，从应用具体实现代码中隔离，以一定形式抽象地表示，在元模型层与数据实例层准确地定义数据模型间的对应关系；最后，给出了实际采用此方法交换数据的典型事例。     

带精细属性特征的矿体实体模型动态构建方法

以地质统计学理论为基本工具,以三维栅格形式的矿体块体模型向其矢量形式的矿体几何结构模型转换,提出了一种矿体实体模型构建方法——克里格块体（KB）法.该方法对矿体内部相对稳定的矿石属性的空间分布情况进行了详细考查和评估;对特定约束条件下矿体三维块体模型的外部形态进行提取和重构,实现矿体实体模型的动态构建、更新及其表面地质属性的精细表达.理论分析和实际应用结果表明：对于大数多矿山,KB法都能够达到所期望的动态建模效果.     

面向产品生命周期管理的项目管理集成模型

在面向产品生命周期的项目管理过程中,包含了不同类型的项目、过程和产品数据,这些数据之间的关联性和一致性很难得到保证.通过对这些数据的归纳和抽象,构建了零件主纪录、模型主纪录、文档主纪录和工程图主记录等元数据对象.这些元数据对象包含了描述对应物理对象的基本属性信息.通过元模型数据对象与物理对象的相互联系以及不同对象属性之间的继承和关联,在产品项目和产品生命周期2个维度上实现了项目、过程和产品数据之间的紧密集成.以汽轮机产品为例进行了应用验证,在一个具体的应用系统中建立了汽轮机项目管理集成模型,实现了在汽轮机项目管理过程中不同类型数据之间的集成,提高了项目管理的效率.     

Finite Element Model Updating of Complicated Beam-Type Structures Based on Reduced Super Beam Model

基于超梁降阶模型的复杂梁式结构有限元模型修正

王文胜，魏豪杰，候中华，梅群，李一帆

（河南科技大学 工程力学系，河南 洛阳 471023）

摘要：

提出一种针对复杂梁式结构的有限元模型修正方法。首先采用建立在经典梁理论中的平面截面假设和位移插值函数的超梁降阶模型方法，将复杂的梁式结构简化为具有较少自由度的超梁降阶模型。在此基础上，模型修正过程中所需要的特征值求解和特征灵敏度分析是在降阶后的小规模矩阵上进行，与传统基于全结构的模型修正方法相比，大大减少计算量。采用优化技术实现结构模态特性差异的修正，从而获得结构参数的最优值。最后以复杂加筋圆柱壳模型和一实际导弹结构的模型修正为例，证明了基于超梁降阶模型的有限元模型修正方法的有效性和高效性。

关键词：超梁降阶模型方法，模型修正，复杂梁式结构，特征方程，特征灵敏度

     

模型驱动的电信业务元模型研究

把模型驱动架构(MDA)引入到电信领域,介绍了基于MDA的电信业务开发方法的整体策略,着重分析并论述了该策略的关键点之一——建立电信业务元模型的2种途径,即重量级扩展MOF（元对象设施）和轻量级扩展UML Profile. 提出了使用UML Profile机制创建元模型的方法及实现步骤,并以消息类业务为例说明了建立电信业务元模型的过程.     

Enterprise modeling method of calculation-independent model level

Aimed at deficiencies in the development and implementation of Enterprise Service Architecture (ESA) software,an ESA software developing mode based on Model Driven Architecture (MDA) is put forward.This mode includes a calculation-independent model (CIM),a platform-independent model (PIM),a platform-specific model (PSM) and a code level.Based on this mode,the modeling architecture of CIM level is presented.CIM here includes a global model,a process model,an information model and an organization model.The modeling elements of global model,process meta-model,information meta-model and organization meta-model are defined in detail and the relationship between them is described.The reflecting relationship between these models is established as well.     

基于本体的需求模型到UML模型转换方法

基于本体的需求建模能够保证需求描述的正确性和完整性,但最终得到的应用模型描述是基于应用本体的,不易于普通软件设计人员理解,无法直接成为设计时所需的需求规格说明文档.而UML语言已成为面向对象建模的实际标准.因此,将本体概念引入UML模型中,通过定义UML模型中的元本体,构建基于本体的需求模型到UML元模型的映射规则,在此基础上,设计并实现一种基于规则的图元自动转换工具,实现基于本体的需求模型到UML元模型的转换,为后期软件设计提供需求基础.     

Kriging序贯设计方法在滑动轴承优化中的应用

利用Kriging代理模型提供目标函数无偏预测值和理论置信区间的优势,比较传统试验设计方法和基于Kriging模型的序贯加点方法对模型的影响,结合设计空间的全局搜索和最优解临近区间的局部搜索,引入并行加点准则及相应的收敛条件,得到精度、效率高的代理模型,用2个经典优化测试函数进行验证和评估.结果表明,与传统试验设计方法相比,基于Kriging的序贯加点方法得到的模型全局精度更高且能更快地收敛到优化问题的真实最优解.最后,以动静压滑动轴承为优化设计对象,单位承载力下摩擦功耗为目标函数,考虑几何结构及工况等约束条件,采用传统试验设计方案和Kriging序贯加点方案分别建立目标函数的模型,分别进行优化设计,并同传统的复合形优化结果进行对比. 3种方案对比结果显示,Kriging加点方案在有限迭代步数下,对于降低单位承载力下的摩擦功耗效果最为显著,验证了该方法快速收敛的特性.     

小区域GPS高程拟合的Kriging方法研究

简要介绍Kriging的理论和方法,并应用该方法进行高程拟合,以实例验证选择不同的变异函数模型和基函数对标准Kriging和泛Kriging法拟合精度的影响。研究结果表明,如果选择合适的变异函数模型,泛Kriging法能明显提高拟合精度,且具有拟合残差振荡小、变化平缓等优点。     

一种基于扩展UML的企业应用软件PIM模型

针对UML在企业应用软件建模中可用性差和效率低的问题,提出一种基于扩展UML的企业应用软件PIM模型.通过对企业应用软件特点的分析,建立了一个以业务对象为中心的多视图集成PIM模型,对UML进行扩展,在它的元模型中增加了描述企业应用软件PIM模型中的概念及其之间关系的元类、版型和标记,并采用包对这些概念和关系进行不同视点的划分.基于扩展UML的企业应用软件PIM模型通过业务对象的丰富语义实现了UML中各种图之间基于语义的集成,改善了UML的可用性,提高了企业应用软件的建模效率.结果表明:通过实际案例验证了该模型的可行性和有效性.     

不同变异函数的泛Kriging法的GPS高程拟合结果

介绍泛Kriging法进行高程拟合的理论和方法,给出几种常用的变异函数理论模型,以实例验证基于4种较常用变异函数模型的泛Kriging法在乎坦地区GPS高程拟合的结果.研究结果表明,泛Kriging法能明显提高GPS拟合精度,4种较常用的变异函数模型虽然模型相差较大,但基于4种变异函数模型的泛Kriging法GPS拟合...     

基于克里金模型的微电热驱动器优化设计

基于局部型四维参数的函数,采用克里金代理模型和遗传-粒子群（GA-PSO）优化算法,开展大位移U型电热驱动器优化设计研究. 建立U型电热驱动器的多物理场仿真模型并进行实验验证. 发现在不同电压下,电热驱动器仿真位移与实验位移曲线一致,从而保证克里金模型中样本数据来源的可靠性. 搭建ANSYS和MATLAB联合自动仿真平台以解决克里金模型中样本数据的批量采集问题. 基于该平台,采用简单随机抽样的方法,得到不同采样点下电热驱动器的位移,从而形成样本数据. 根据样本数据建立克里金模型并基于该模型采用遗传-粒子群算法进行参数优化. 研究结果表明,克里金模型能代替有限元模型准确预测驱动器的位移;控制驱动器形状的4个关键参数与位移成单调关系;经形状优化后,18 V电压下U型电热驱动器的位移提高35.2%.     

利用附加质量的设计参数型模型修正方法

针对利用附加质量的模型修正方法存在未知修正变量数目过多,修正方程欠定,修改精度无法满足工程应用要求的问题,提出了一种设计参数型修正方法来提高原始方法的修正精度.该方法利用泰勒展开公式,导出质量矩阵和刚度矩阵对设计参数的灵敏度影响矩阵,进而建立以设计参数偏差量为未知数的修正方程.分别用一个长直机翼模型和一个阶梯变截面梁模型为例,进行了该修正算法的验证.两个算例初始引入的局部刚度建模误差为30%～50%,修正后模型的计算误差都小于1%.研究结果表明,本文提出的修正方法大大减少了待求解的未知变量数目,降低了对测试模态数目的要求,提高了算法的修正精度,同时使得修正结果的物理指示意义也更加明确.     

面向全生命周期复杂产品数据建模技术研究

针对复杂产品数据模型必须覆盖生命周期各个阶段、方便协同以及安全性等特点,提出采用元模型技术对其生命周期内的各种异构数据进行描述,建立面向全生命周期复杂产品数据模型.在基于元模型的产品数据概念模型的基础上,对描述复杂产品数据模型的业务元模型和数据元模型以及各种对象链进行了详尽的解释,并给出了实例.基于元模型建模技术建立的面向全生命周期复杂产品数据模型,能够将复杂产品整个产品族生命周期内的所有数据在逻辑上成为一个整体,为其全生命周期内各阶段和各个部门提供很好的服务.     

考虑加速度频响函数不确定的有限元模型修正

为克服实际应用中缺乏足够的结构统计信息,获得结构参数和响应的极限值,提出了一种基于加速度频响函数的区间有限元模型修正方法。首先,将频响函数小波变换,提取低频小波系数作为模型修正的响应特征量,以待修正参数和响应特征量分别为输入和输出构建径向基代理模型并采用鲸鱼优化算法来优选径向基模型方差值;其次,根据区间重叠率和巴氏距离分别构造两步求解待修正参数区间的两个目标函数和同步求解待修正参数区间的一个目标函数,以评估两个样本区间分布的相似性和相异性;然后,由灰色数学方法估计径向基模型预测响应特征量的区间,运用花朵授粉算法分别实施待修正参数区间中点和半径的两步和同步求解;最后,通过两个数值算例和一个试验算例验证了所提方法的可行性。结果表明,所提区间有限元模型修正方法能够有效地修正结构参数的区间中点和半径,且在不同试验响应区间下对参数区间的修正具有鲁棒性,同时可以有效地解决小样本的不确定性模型修正问题。     

基于环境激励的桥梁结构动力测试及模型修正

桥梁结构的动力特性是结构动力计算和抗震分析的基础,也是桥梁健康状况监测的一个重要指标.首先根据设计图纸建立了312国道上的一座公跨铁立交桥的三维有限元模型,分析了桥梁的动力特性,同时通过环境振动测试获得了桥梁的实测动力特性,然后在灵敏度分析和优化理论的基础上,选取了一组设计参数,对桥梁的有限元模型进行了修正.修正结果表明该方法简单有效,修正后的有限元模型能够较好地反映桥梁的动力特性,可用于检测桥梁在复杂外力作用下的动力响应,能更好地为后期的损伤识别和健康评估服务.     

基于变可信度模型差值的低可信度模型修正方法

为了解决优化设计中计算效率与高可信度信息获取之间的矛盾,从高、低可信度模型的物理机理出发,基于Kriging模型和拉丁超立方设计选样方法构造两模型差值的代理模型;并利用该代理模型对低可信度模型进行修正,构成了具有高可信度的修正模型.与直接对高可信度模型构造的代理模型相比,修正模型不但分析精度更高,而且所需的构造样本更小.文中分别以翼型气动力分析、机翼气动力分析和无人机隐身特性分析为例,从不同维数、不同学科的角度验证了修正模型特性,并进行了机理分析.