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。     

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。     

螺栓连接框架结构的有限元模型修正

综合运用有限元仿真、试验模态测试和模型修正技术,对一个由螺栓连接的三层框架结构进行了动力学特性分析和响应预测,并对其中涉及到的相关问题进行了讨论。首先,采用不同类型单元分别建立结构的实体有限元模型、板-梁有限元模型以及三自由度集中参数模型,并进行模态计算。然后,对实际结构进行模态测试,并将三类模型的计算结果与测试数据进行对比,分析不同类型单元所建立模型的异同以及由螺栓连接的复杂性、加工装配的误差和材料参数的不准确等不确定因素对建模及计算误差所造成的影响,从而确定合理的修正参数。接着,用模态测试数据对模型参数进行修正,使得修正后的模型能够准确反映实际结构的固有频率和振型。最后,将测试获取的阻尼参数加到修正后的模型上,进行冲击激励下的响应预测,并与实际结构的测试结果进行对比,取得了满意的结果。     

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。     

高速电梯机械系统动力学模型的建立与修正

本文建立了高速电梯机械系统的动力学模型，在此基础上，针对电梯动力学模型参数随电梯运行位置变化的特点，本文提出了一种基于实测固有频率和优化技术的电梯动力学模型修正方法。给出了一台电梯的动力学建模与修正实例。应用实例结果表明，用本文方法建立与修正的动力不模型能较好地模拟该电梯机械系统的动力学性能。     

基于局部静力测试的约束子结构修正法

针对局部子结构为修正对象的情况,提出只利用整体结构中局部子结构部分的静力位移即可精确修正子结构模型的约束子结构方法。首先利用静力测试获得局部子结构所对应的局部柔度矩阵,通过在子结构边界处施加虚拟固定支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出该约束子结构相应的柔度矩阵。然后利用柔度扰动新方法优化修正约束子结构,即等同于修正相应的子结构模型,从而可对该子结构的损伤状况作出评估。以一个平面桁架结构为例对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法合理可靠,计算简单快捷且精度良好。     

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。     

时域响应中传感器附加质量影响消除

本文提出了一种时域内的传感器附加质量影响消除方法。利用时域实测自由响应数据,通过特征系统实现算法进行模态参数识别,获得传感器附加质量影响情况下的模态参数。以实测模态参数为基准,采用信赖域和非线性最小二乘算法对考虑传感器附加质量的结构初始有限元模型参数进行识别与修正,并以修正后的有限元模型为基础预测传感器附加质量消除所引起的模态参数改变。基于振型叠加法原理建立时域内传感器附加质量影响消除的识别方程组,并结合有限元预测的模态参数改变反演传感器附加质量影响消除情况下的时域响应。通过对一个实验室两端夹支梁模型实测时域响应中传感器附加质量影响消除进行研究,对所提出的方法进行验证。     

Sensitivity-based damage identification method for structures exposed to ground excitation

The purpose of this paper is to present a sensitivity-based finite element model (FEM) updating method using earthquake displacement response in the frequency domain and the frequency response function of structure due to ground excitation. The obtained sensitivity equation is solved by linear least square method through defining constraints on the design variables. Numerical examples of a plane truss and a plane frame support the fact that the proposed method is capable of reliable damage detection. In order to assess the effects of measurement and mass modelling errors on achieved results, model updating is conducted by adding random errors to numerically extracted displacement response and assigned mass properties. The issue of underlying soil foundation influences on obtained results is discussed and the proposed formulation is extended to more accurately capture the soil–structure behaviour. Results indicate that the proposed method is capable of identifying damage properties under different soil conditions with acceptable precision.     

基于应用程序交互访问技术的桥梁有限元模型修正研究

传统的有限元模型修正方法对于具有复杂多自由体系的大型桥梁结构显得束手无策,其中一个重要的原因是大型桥梁结构体系很难用有限元编程精确地表达,难以建立完整的或者缩聚的质量矩阵和刚度矩阵。该文开发了基于应用程序交互访问的有限元模型修正模式,首先在Strand7软件中建立初始的有限元模型,然后利用MATLAB建立迭代程序并调用Strand7软件,通过读写Strand7中的物理参数来更新模型,实现了大型桥梁结构有限元模型修正。该文对一座实桥进行多参考点脉冲锤击法模态试验和静载试验,基于获得的静动力试验数据和Strand7有限元模型分析结果,引入损伤函数的概念识别得到了该桥各梁的分段刚度,成功地实现了单元层次的参数识别。     

A model-updating procedure to stimulate piezoelectric transducers accurately

The use of numerical calculations based on finite element methods (FEM) has yielded significant improvements in the simulation and design of piezoelectric transducers utilized in acoustic imaging. However, the ultimate precision of such models is directly controlled by the accuracy of material characterization. The present work is dedicated to the development of a model-updating technique adapted to the problem of piezoelectric transducer. The updating process is applied using the experimental admittance of a given structure for which a finite element analysis is performed. The mathematical developments are reported and then applied to update the entries of a FEM of a two-layer structure (a PbZrTi-PZT-ridge glued on a backing) for which measurements were available. The efficiency of the proposed approach is demonstrated, yielding the definition of a new set of constants well adapted to predict the structure response accurately. Improvement of the proposed approach, consisting of the updating of material coefficients not only on the admittance but also on the impedance data, is finally discussed     

数字图像相关方法辅助的IM7/8552碳纤维/环氧树脂复合材料单向带层合板沿厚度方向非线性本构参数识别

提出了采用数字图像相关(DIC)方法和有限元模型修正(FEMU)技术相结合,通过短梁剪切(SBS)试验获得碳纤维增强环氧树脂(IM7/8552)正交各向异性复合材料单向带层合板沿厚度方向压缩本构关系参数的试验方法.该方法根据假设材料初始本构,采用3D有限元模型(FEM)计算获得主平面压头下方沿厚度方向的应力和应变分布,...     

结构有限元模型修正的自适应响应面方法

针对结构有限元模型修正可能陷入局部最优点的问题,提出了基于具有全局收敛特性的自适应响应面的结构有限元模型修正方法,模型修正过程中在全局最优解附近不断收缩参数设计空间,重构更为精确的响应面模型,同时,由于采用了拉丁超立方设计选择样本点,具有一定的遗传性,在使用过程中可以有效减少样本点总数。通过实例计算表明,传统的有限元模型修正方法很可能陷于局部最优,而利用该方法进行有限元模型修正时,可以有效避免陷入局部最优点,只需较少样本点便可收敛于全局最优解,有效的进行有限元模型修正。     

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.     

既有铁路钢桁梁桥基准有限元模型建立与验证

为了评估既有铁路钢桁梁桥的工作状态和使用安全，需要建立能够精确模拟结构目前状态的有限元模型。以南京长江大桥为例，根据灵敏度的物理意义，从简单实用的角度出发，充分利用现有的大型有限元分析程序，以结构设计参数为修改参数，以结构自振频率为目标函数对初始结构有限元模型进行修正，最后以结构主要杆件应力时程响应为验证参数建立了能够表征该桥目前状态有限元基准模型，为大桥的状态和疲劳寿命评估提供了科学基础。     

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。     

基础提离对核电站结构地震响应的影响分析

当地震足够大时结构基础将会与下卧地基土发生分离,即所谓的基础提离现象。但该现象在常规的土-结构相互用(SSI)的地震响应分析中常常被忽视。核电站结构(NPP)由于特殊性,其设计地震强度一般较大,因而有可能发生基础提离现象。本文基于某简化核电站结构,利用大型通用软件ANSYS的接触面功能和弹簧单元,分别进行了四种工况的计算：（1）基础固定;（2）考虑基础提离,不考虑土-结构动力相互作用效应;（3）不考虑基础提离,但考虑土-结构动力相互作用效应;（4）同时考虑基础分离和土-结构动力相互作用效应。通过对比分析,确定合适的土-结构动力相互作用计算方法以及基础提离对核电站结构地震响应的影响。计算分析表明：（1）土-结构相互作用对核电站结构地震响应的影响不容忽视;（2）基础提离主要影响核电站结构竖向地震响应,而对结构水平向地震响应的影响较小。本文研究成果可为核电站结构的抗震分析提供参考。     

Friction coefficient estimation in shaft/bush interference using finite element model updating

Reliable finite element modeling has a great degree of importance for studies related to the mechanical design in industry. Finite element modeling is often associated with some uncertainties. Model updating is a tool which can be used to overcoming these uncertainties. This method uses experimental data of the structural components to modify the initial FE model. A typical use of model updating is for interference joint of a shaft and bush. In the modeling of the interference joint for known materials, an approximate value is assumed for friction coefficient of contact areas. Based on intuition, engineering judgments or previous tests, it is difficult to accurately estimate this coefficient. In this paper, model updating is used to estimate and update the friction coefficient in the contact surface of interference shaft and bush joints. Suitable experiments were conducted and the initial finite element model was modified based on the experimental extraction strength of interference fit joints. Finally, typical values of stress fields were extracted from the new model with an updated value of the friction coefficient.