基于响应面方法的碳纤维蜂窝板有限元模型修正

蜂窝板是一种特殊的高强度轻质复合材料,在卫星等航天器结构中应用广泛。MSC/NASTRAN和ANSYS等大型通用有限元软件中没有蜂窝结构单元库,只能用蜂窝板等效结构参数进行计算,等效过程中的简化导致有限元计算结果与试验测量值之间存在差异。基于响应面的模型修正方法可以避免每次迭代都调用有限元程序,提高计算效率。依据三明治夹芯板理论计算蜂窝芯等效结构参数,用ANSYS中的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板模型,用基于均匀设计的试验设计方法进行试验设计,获得蜂窝板在各因素和水平下的试验数据,构造二次多项式响应面,并用带变异算子的改进粒子群算法对蜂窝芯结构等效参数进行修正,修正后参数代入有限元模型,能有效改善模型计算质量。     

基于模态试验的对接圆柱壳结构有限元模型修正EI北大核心CSCD

壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型,采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化,实现有限元模型修正。通过模态试验获得对接圆柱壳结构的试验模态参数,采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析,提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型,采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数,多目标遗传算法用于优化响应面参数,最终将修正后的参数代入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率,结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小,进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。     

基于响应面全局优化技术的蜂窝板材料性能参数修正

蜂窝夹层板结构广泛应用于航空航天行业中,建立准确的蜂窝夹芯板有限元模型是分析和优化航天器微振动的必要前提。基于蜂窝芯的力学等效参数模型,建立了蜂窝板的动力学有限元模型。使用正交数值实验设计筛选出对蜂窝板动力学性能影响最大的蜂窝芯等效材料参数,并利用基于响应面模型自适应采样技术的全局优化方法快速地完成了蜂窝芯关键材料参数的优化修正。修正后的蜂窝板有限元模型前六阶模态频率与实验结果的平均误差小于1%。     

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。     

基于试验模态的高速列车车体结构动力学模型修正研究

精确的有限元模型对于结构动态响应预测以及动态设计至关重要。利用模态试验数据,针对高速列车结构特点与动力学特性,深入分析设计空间方法选择、修正参数选择、响应面拟合和参数修正等关键问题,运用动力修正相关理论提出适合高速列车的基于试验模态车体动力学有限元模型修正方法。并运用该方法,采用模态试验数据修正高速列车车体结构的模态分析模型,频率的计算结果与试验结果的最大误差为-0.260 9%。研究验证基于模态试验数据高速列车车体动力学有限元模型的响应面修正方法的有效性。     

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.     

基于响应面法的印制电路板组件有限元模型修正

在将印制电路板及元器件材料视为正交各向异性前提下,提出基于响应面法的印制电路板组件(Printed Circuit Board Assembly,PCBA)有限元模型修正法。利用相关性分析筛选出对PCBA模态频率影响较大参数作为修正参数;据修正参数数目选择合适的试验设计获取样本点,构造多项式响应面模型;通过最小二乘法确定多项式系数并检验响应面拟合精度;用响应面计算结果与模态试验结果误差绝对值构造目标函数;通过多目标遗传算法(MOGA)迭代计算获得优化修正参数并代入有限元模型获得修正模型。以某航空电子产品某PCBA为案例,对比修正前后各阶模态频率与试验值误差。结果表明,修正后模型各阶模态频率与试验值相对误差均明显减小,验证该方法对PCBA模型修正的有效性。     

响应面在磁悬浮轴承转子模型修正中的应用

精确的磁悬浮轴承转子有限元模型对转子动态特性的研究及控制器的设计有着重要的作用。对于磁悬浮轴承转子的硅钢片圈、传感器基准环和光轴的过盈配合,有限元模型采用简化处理,使得转子弯曲刚度产生误差。为了获得精确的磁悬浮轴承转子有限元模型,需要利用响应面代理模型对有限元模型进行修正。以一个磁悬浮轴承转子为例,以模态频率和振型相关系数(MAC)为目标建立响应面,对转子的有限元模型进行修正。建立的响应面精度很高,修正后的有限元模型分析的模态频率、振型向量和试验值基本一致。结果表明,应用基于响应面的磁悬浮轴承转子模型修正方法修正过的有限元模型更加精确。     

基于响应面方法的支架结构模型修正研究

为减小有限元建模中不可避免的误差,以支架结构模型为研究对象,选取结构不同部件的三个弹性模量和三个密度参数作为设计变量。根据中心复合设计,建立试验样本空间,利用样本参数的显著性分析结果筛选修正参数。结合线性回归方法,建立支架模态频率与修正参数的二阶多项式。以试验模态分析结果为依据,完成支架结构模型修正。响应面方法修正后的模态频率与试验模态频率具有一致性,且避免重复调用有限元模型,大大提高修正效率,具有修正响应快速性和工程实用性。     

塔式起重机结构有限元模型修正的响应面方法

为提高塔式起重机(塔机)的修正效率,提出了一种基于响应面的有限元模型修正方法。在合理的修正参数选取和试验设计基础上,拟合得到结构响应与修正参数之间的显式函数关系以替代传统的有限元模型,通过迭代优化实现机械结构的有限元模型修正。以悬臂梁及塔机为例,实现了基于响应面法的有限元模型修正,并对比了不同响应面模型的拟合精度和修正效果。分析结果表明,利用响应面模型替代复杂的塔机有限元模型进行结构有限元模型修正可以极大地提高计算效率和修正精度。同时,对于塔机结构,基于二次多项式响应面的模型修正相较于基于高斯径向基函数响应面的模型修正能获得更好的修正结果和修正效率。     

基于模态参数及BAS-PSO优化算法的软基水闸有限元模型参数修正方法

正确合理的有限元模型对于软基水闸结构健康监测及性能评估至关重要,但水闸有限元模型参数的不确定性使得建立的水闸有限元模型难以准确地反映水闸结构真实的动力学特性,该文结合模态参数和基于天牛须搜索算法的粒子群(BAS-PSO)优化算法,提出了一种软基水闸有限元模型参数修正方法。选择对水闸模态参数影响较大的弹性模量和密度作为待修正参数,建立反映软基水闸待修正参数和模态参数之间非线性关系的基于遗传算法的支持向量回归(GA-SVR)代理模型;提出基于GA-SVR代理模型计算模态参数与水闸振动模态参数之间相对偏差最小的目标函数,构建软基水闸有限元模型参数修正的最优化数学模型;提出一种BAS-PSO优化算法来求解最优化数学模型,克服了局部最优和收敛速度慢的问题。通过软基水闸物理模型实例表明,修正的有限元模型计算的模态参数与水闸识别模态参数在数值上比较吻合,该文方法合理可靠且具有良好的可行性,可为软基水闸有限元模型参数修正提供一条新思路。     

复合材料曲壁板与平壁板热颤振特性的对比

对比研究了层合复合材料曲壁板和平壁板热颤振特性.分别建立三种铺层方式的曲壁板和平壁板的有限元模型.采用分步求解方法,首先计算热效应引起的附加刚度,然后将其引入到壁板颤振模型中进行颤振分析.分析了不同铺层方式曲壁板和平壁板的热颤振特性,结果表明壁板颤振临界速度随温升近似呈线性下降,正交各向异性铺设的曲壁板与准各向同性铺设的曲壁板相比,其颤振临界速度下降率更大,而平壁板情况刚好相反;不同铺层方式曲壁板的热颤振危险模态不同,而平壁板热颤振危险模态不受铺层方式的影响.     

Predictions of elastic property on 2.5D C/SiC composites based on numerical modeling and semi-analytical method

In this paper, the predictions of elastic constants of 2.5D (three-dimension angle-interlock woven) continue carbon fiber reinforced silicon carbide (C/SiC) composites are studied by means of theoretical model and numerical simulation. A semi-analytical method expressing elastic constants in terms of microstructure geometrical parameters and constitute properties has been proposed. First, both the geometrical model of the 2.5D composite and the representative volume element (RVE) in both micro- and meso-scale are proposed. Second, the effective elastic properties of the RVE in 2.5D C/SiC composites are obtained using finite element method (FEM) simulation based on energy equivalent principle. Finally, the remedied spatial stiffness average (RSSA) method is proposed to obtain more accurate elastic constants using nine correction factor functions determined by FEM simulations, also the effects of geometrical variables on mechanical properties in 2.5D C/SiC composites are analyzed. These results will play an important role in designing advanced C/SiC composites.     

Identification of Parameters in 2D-FEM of Valve Piping System within NPP Utilizing Seismic Response

Nuclear power plants (NPP) contain plenty of valve piping systems (VPS’s) which are categorized into high anti-seismic grades. Tasks such as seismic qualification, health monitoring and damage diagnosis of VPS’s in its design and operation processes all depend on finite element method. However, in engineering practice, there is always deviations between the theoretical and the measured responses due to the inaccurate value of the structural parameters in the model. The structure parameters identification of VPS within NPP is still an unexplored domain to a large extent. In this paper, the initial 2Dfinite element model (FEM) for VPS with a DN80 gate valve was updated by utilizing seismic response. The objective function used in the model updating procedure is the vibration control equation error of the VPS. The experimental results show that the updated 2D-FEM can accurately predict the original dynamic characteristic of the VPS. It was also found the Rayleigh damping coefficients corresponding to the VPS vary slightly with the change in seismic excitation amplitude. The research displayed the complete procedure of updating the complex structured initial FEM by utilizing seismic response, and the results show that the parameters can be accurately identified even if the seismic response used for updating merely contained the fundamental frequency information of the structure.     

聚氨酯弹性体隔板夹层结构的等效参数计算

针对聚氨酯弹性体的隔板夹层结构,阐述了多种不同的等效参数计算方法,并对等效参数进行计算。首先讨论和计算了不考虑结构剪切变形时的整体结构等效参数计算方法,将整体夹层结构等效为正交各向异性薄板,给出了考虑夹芯抗弯刚度的整体刚度系数表达式。其次,在考虑夹层结构夹芯存在剪切变形的情况下,推导了由分隔隔板和聚氨酯弹性体组成的夹芯胞元的等效弹性常数;最后,使用基于应变能密度等效分析的有限元方法对夹芯胞元等效弹性常数进行计算,并与理论分析结果进行对比,二者误差在10%以内。     

修正结构有限元模型的一种方法

本文讨论了一个寻找结构有限元模型的误差源和对它进行修正的方法.为了减少待修正模型的未知参数数目,将质量、刚度矩阵描述为设计变量的函数.在此基础上,先用少量测得的静位移数据修正刚变矩阵;然后用少数几阶实验的固有频率、固有振型数据修正质量矩阵.为了避免测量旋转自由度的静位移和固有振型分量的困难,还讨论了聚缩模型的修正问题.最后,文中附有算例及结果.     

钢管穿轧过程的三维热力耦合模拟

描述了使用有限元方法(FEM)模拟钢管在曼内斯曼式穿轧机上的穿孔过程,建立了三维有限元模型,并考虑了在金属成形过程中出现的热力学现象。模拟的结果动态地显示了在工件内部等效应变、等效应变率和温度的分布。基于这些参数,分析了钢管的穿孔过程,同时通过实验测试与有限元模拟的结果进行对比。结果表明,测试的结果与有限元模拟的结果比较吻合。     

汽车前围板冲压数值模拟及工艺参数优化

针对汽车覆盖件冲压过程变形复杂的特点,对某型号汽车前围板零件拉深过程进行数值模拟,分析压边力及拉延筋的变化对该零件成形效果的影响.通过成形极限图优化压边力及拉延筋,最终获取该零件拉深工序合适的工艺参数,为汽车覆盖件冲压工艺提供快速、有效的设计方法.