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。     

基于最敏感设计参数的斜拉索有限元动力模型修正

基于较完善的斜拉索有限元模型,分析讨论了斜拉索张力、抗拉刚度、抗弯刚度以及线密度等不同设计参数对长索和短索计算频率的相对灵敏度,确定了最敏感设计参数.在此基础上,根据优化理论,对洞庭湖大桥拉索进行基于最敏感设计参数的动力模型修正,修正后的模型的动力特性更加趋近于实测值.修正后的斜拉索有限元模型可以作为拉索张力评估的基准.     

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     

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.     

动力模型拟静力修正方法及误差分析

摘 要：为了降低动力模型修正过程中的计算复杂程度,提出了拟静力模型修正方法。借助特征载荷的概念,将基于动力测量信息的动力模型转化为静力模型进行修正,避免了模型修正过程中特征值和特征向量的计算。利用样条插值方法,解决了测量信息与计算信息间的匹配问题。采用复域灵敏度分析方法对修正过程中的参数灵敏度进行计算,提高了修正过程中的计算效率。研究了测量误差对修正结果的影响,给出了修正参数的统计特性,为评估修正结果的可靠性提供了基础。通过数值算例对提出的方法进行了验证,结果表明本文的方法是有效可靠的。利用建立的方法对润扬大桥北汊斜拉桥桥塔模型进行了修正,修正结果较为精确可靠。     

基于多输出支持向量回归机的有限元模型修正

为了克服神经网络以及单输出支持向量回归算法在有限元模型修正中的不足,提出了基于多输出支持向量回归算法的有限元模型修正方法。根据5-折交叉验证法选择支持向量回归机的参数,用均匀试验设计法构造样本,联合结构的动力和静力响应数据作为输入,多个设计参数作为输出,以支持向量回归机逼近输入输出二者之间的非线性映射关系,然后利用支持向量回归机的泛化推广能力,求解设计参数的目标值。空间网格结构数值模型的分析结果表明,该方法能同时修正多个设计参数,在少量样本的情况下具有较高的修正精度,为有限元模型修正提供了一种新的探索。     

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。     

离合器波形片轴向非线性特性分析与优化

建立了用于计算波形片轴向非线性特性的有限元模型,并对模型精细化以提高仿真曲线与试验曲线的吻合程度。分析了波形片各结构参数对其轴向非线性特性的灵敏度,选取了除厚度外的三个主要结构参数作为波形片轴向非线性特性优化的参数。基于正交试验获得主要结构参数的设计空间,采用响应面法构建系统的代理模型,利用遗传算法求解代理模型,获得主要结构参数取值的最优组合。通过实例验证了波形片结构参数优化设计方法的正确性。     

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GMPSO的有限元模型修正方法验证

为提高有限元模型修正方法效率,保证修正精度,提出基于高斯白噪声扰动的粒子群优化（GMPSO）有限元模型修正方法。介绍标准粒子群优化（PSO）方法和改进后的GMPSO方法,基于测试函数比对两种方法的全局寻优能力和寻优效率;提出高效的基于GMPSO有限元模型修正方法,阐述方法流程并明确各参数与实际物理量的对应关系;基于GMPSO有限元模型修正方法对高维有损伤简支梁模型（变量维度为10）实施修正,并与基于遗传算法（GA）的模型修正结果进行比对;基于GMPSO有限元模型修正方法对某在役桥梁结构实施修正（变量维度为13）,验证所提方法可行性。结果表明:经局部改进的GMPSO方法较原PSO方法的优化能力显著提升;高维损伤简支梁模型修正结果显示,基于GMPSO模型修正方法可获得较好的修正结果,修正效率较基于GA的模型修正方法有显著提升;在役桥梁结构有限元模型修正结果显示,基于GMPSO模型修正方法可有效降低主梁计算频率和试验频率的误差,所提方法可适用于较工程复杂结构模型修正问题。     

Damage identification in three-dimensional structures using single-objective evolutionary algorithms and finite element model updating: evaluation and comparison

This study presents a methodology which integrates single-objective evolutionary algorithms (EAs) and finite element (FE) model updating for damage inference in three-dimensional (3D) structures. First, original well-known EAs, namely the genetic algorithm, differential evolution (DE) and particle swarm optimization (PSO), are combined with FE model updating for detecting damage in a 3D four-storey modular structure and their performances are compared. Next, to obtain more accurate results, hybrid Lévy flights–DE and hybrid artificial bee colony–PSO are developed for enhancing damage identification. With each method, the objective function composed of modal strain energy and mode shape residuals, taken from the FE model of the intact structure and the simulated damage responses, is initially created. Then, the performance of each algorithm combined with FE model updating for damage detection is assessed in terms of three characteristics: consistency, computational cost and accuracy, and the best performing algorithm is recommended.     

一种海洋平台广义模型修正方法的研究

针对导管架式海洋平台结构的广义模型修正问题，提出了先修正模态振型后修正模态频率的试验方法。首先利用损伤检测方法识别出试验模型中与初始有限元模型有刚度偏差的杆件单元并采用反复迭代修正的方法进行了有限元模型模态振型的修正；然后将地基模拟为三维弹性支承并对其进行优化设计来实现有限元模型模态频率的修正；通过力锤激励下海洋平台的模型试验验证了此方法的可行性，为长期服役且原型结构未测的海洋平台的损伤检测、安全评估研究提供了基础。     

新的模型修正与模态扩展迭代方法

由于有限元模型与实验模型自由度的不匹配,模型修正中经常需要使用模态扩展技术。利用动态扩充法进行模态扩展进而进行模型修正时,模型修正过程中并没有考虑到使用有限元模型对实验数据进行模态扩展而造成的误差。针对这一问题,提出一种新的迭代方法,在模型修正过程中计及了上述的误差项,并将其以修正项的形式添加到模型修正当中,同时该方法没有限定所使用模型修正的方法,具有一定的通用性。通过Cross-model Cross-mode method(CM-CM)模型修正方法对新的迭代方法进行了详细讨论。算例表明,新的迭代方法较原方法可以极大地提高模型修正的迭代收敛速度。     

空调室外机系统的实验模态分析与模型更新

有限元(Finite Element, FE)模型的正确性和可靠性对于确保结构仿真达到其分析目的相当重要。文章介绍了空调室外机(Outdoor Unit of Conditioner, OUC)有限元模型的建模技术与模型更新。建构OUC的有限元模型必须呈现结构的物理特性,包括几何形状、材料性质、接触接口和边界条件等,并施以实验进行验证。一般的方法是对结构进行实验模态分析(Experimental Modal Analysis, EMA)以获得结构模态参数。同时,也可由有限元模型的数值分析求得理论模态参数。模型更新是调整有限元模型参数,使分析模型和实际结构的结构模态特性相符。结果显示,更新后的有限元模型在结构模态和频率域特性上,能充分呈现空调室外机实际结构的振动特性。     

基于子结构分析的多重子步模型修正方法

为了解决模型修正过程中修正目标众多和测量信息有限的矛盾，提出了多重子步模型修正方法(MSMUM)，先进行误差定位，再实现参数修正，把复杂的模型修正过程分步实现。利用子结构技术，使结构模型在整体上仅包含有限数目的子结构，对各子结构所对应的超级单元的刚度参与系数进行识别来实现误差定位，通过建立测量信息与待修正参数间的代数方程来修正误差定位后子结构内部构件的参数。数值算例表明，建立的模型修正方法有效可靠。利用建立的多重子步模型修正方法对润扬大桥南汊悬索桥桥塔模型进行了修正。     

A comparative study of methodologies for vibro-acoustic FE model updating of cavities using simulated data

The structural dynamic modeling errors, which at times are difficult to eliminate in a structural FE model, can affect the accuracy and reliability of the vibro-acoustic FE models for NVH design of the cavities. A large number of methods have been proposed for structural finite element model updating. However, most of the studies conducted are mainly focused on structural dynamic applications and no work is reported on vibro-acoustic systems. The objective of this paper is to compare through a simulated study two recently proposed methodologies for vibro-acoustic FE model updating of cavities with weak acoustic coupling to address structural dynamic modeling errors. These methodologies utilize a direct and an iterative method of model updating developed for purely structural systems. A simulated example of a 2D rectangular cavity with a flexible surface is presented. Cases of incomplete and noisy data are considered. The comparison is done on the basis of accuracy of prediction of vibro-acoustic natural frequencies and the responses both inside and outside the frequency range of interest. It is concluded that both the methodologies give an accurate prediction of the vibro-acoustic natural frequencies and the response inside the updating frequency range. However, beyond this range, the predictions based on the direct updated vibro-acoustic models are not accurate. It is noted that the success of updating using IESM is dependent on the correct knowledge of the modeling inaccuracies, uncertainties or approximations and also on the choice of the suitable updating parameters, which could be very challenging for complex cavities. The vibro-acoustic FE model updating using the direct method could be handy in such situations where the iterative methods are difficult to be effectively applied.     

一个基于优化的有限元模型修正方法

本文提供了一个基于一阶搜索优化的有限元模型修正方法。它只需利用结构模态试验的部分固有频率，就能获得较精确的有限元模型。文中附有某无人机上垂尾有限元模型修正的实例。根据上垂尾前二阶试验的固有频率，采用本文方法，对有限元模型进行了修正。修正后有限元模型的前二阶固有频率与试验值的相对误差在2．35％以内，而第三阶固有频率与试验值的相对误差仅为5．81％。它不仅大大地缩小了用修正前有限元模型算得的固有频率与试验值的相对误差，而且还能较精确地预测无试验结果的高阶固有频率值。     

基于环境振动测量值的悬索桥结构动力模型修正

以主跨1385米的江阴长江公路大桥为背景，研究利用环境振动测量值进行悬索桥结构有限元模型修正的可行性。采用的模型修正方法以结构特值灵敏度分析为基础，通过迭代求解二次规划问题修正有限元模型参数。根据江阴长江公路大桥的设计图纸建立悬索桥三维有限元模型固有振动分析。同时利用大桥现场环境振动测量值得到一组结构实测模态参数，用以作为有限元模型修正的基准，根据结构特征值灵敏度分析结构选择了一组待修正结构参数并予以修正，修正后有限元模型的动力特征更加趋近于环境振动实测值，最后指出了模型修正不能完全消失大桥结构理论－实测频率差的可能原因。     

基于模态柔度的有限元模型修正方法

以各阶模态柔度矩阵中各元素相对变化作为指标,提出了基于模态柔度灵敏度解析表达式的有限元模型修正方法,推导了模态柔度灵敏度解析表达式,结构严谨,编程方便。以一平面简支梁为例,考虑运用不同的模态阶数、测点自由度及测试误差,利用Tikhonov正则化方法进行模型修正,通过多次模拟计算,分析了相关因素对模型修正结果的影响。实例计算表明,当噪声较小时,修正效果很好,但随着测试噪声水平的增加,修正结果稳定性变得相对较差;利用较高阶模态修正结果比利用较低阶模态修正后结果要好;同时测试自由度不完整性也是模型修正结果的不利因素。