基于响应面方法的多目标有限元模型修正技术研究

研究基于响应面方法的多目标模型修正技术,并以一个实际结构为例进行修正。论述了该技术的主要步骤及其中参数选择、试验设计、响应面拟合、多目标优化和确认准则等关键技术的理论基础。设计结构并进行相关模态试验,用仿真软件MSC.Nastran建立该结构的有限元模型,然后基于该技术对模型进行修正。比较并分析试验结果与修正后仿真结果,通过两者前四阶频率与振型的比较,证明了该技术的有效性和合理性。     

某飞行器三角翼动力学有限元模型与试验数据相关分析原理及实现

试验数据和有限元数据相关分析修改有限元模型是工程界不断追求的技术,以解决模型简化存在的误差问题。目前存在着频率、振型、频响函数相关的几种方法,本文对试验数据和有限元分析数据相关的理论方法进行简要介绍,对CAE Calibrator软件的使用方法也进行了说明。并进行了某飞行器机翼的有限元模态计算和模态试验,着重用CAE Calibrator软件进行有限元分析模型与试验数据(频率和振型)相关性分析,修改了有限元模型,修改的设计变量合理,修改后的计算结果与试验结果(频率、振型)符合很好。     

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

基于有限元的飞机机翼刚度分析

以机翼翼盒有限元模型为基础,把有限元模型与结构几何尺寸数据相关联,提出了一种飞机机翼翼盒刚度分析的新方法。以有限元软件MSC.Patran为平台,利用其二次开发语言PCL开发了飞机机翼翼盒刚度分析程序。几个典型翼盒剖面刚度分析算例的结果表明,程序计算结果准确、界面直观,能显著提高工作效率。有限元模型和几何尺寸数据相关联的方式也为后期机翼翼盒刚度分析设计、甚至优化提供了支持。     

星箭耦合系统多状态模型修正技术研究

在大型、复杂航天飞行器研制过程中,有限元分析发挥了重要作用。由于在建立有限元模型时进行了简化导致有限元模型不能真实的反映真实结构的特征。为了精确预示结构动态响应,需进行模型修正。针对全箭有限元模型修正特点,提出了多状态模型修正方法,并编制了相应的计算软件MPMU1.0。最后对某缩比模型进行了模态试验和模型修正,验证了方法的有效性。     

基于实验模态分析的航空电子机箱振动特性研究

论述了使用实验模态分析方法对某型号航空电子机箱测量频响函数的全过程;通过参数识别方法获得了产品的模态,进而确定了产品的振动特性;最后,使用有限元软件工具对产品FEA模型进行了动力学仿真分析,将仿真结果与模态实验结果进行比对,并修正了产品的有限元模型。     

基于多目标优化算法的导弹动力学模型修正技术

工程上对导弹的结构动特性分析是姿态控制和动载荷计算的基础,然而动特性的精确预示往往依赖于有效的导弹动力学模型的修正。结合单纯形优化算法和有限元法给出了一种基于多目标优化算法的导弹动力学模型的修正方法,模型修正后的前三阶频率和振型计算结果与试验结果均吻合较好。该方法优化过程简单,修正结果理想,是一种有效的有限元模型修正方法。     

轴对称结构的模态振型描述和模型确认

利用轴对称结构模态振型的Zernike矩能够有效区分重根模态的特点,提出了一种基于Zernike矩函数的相关性分析方法以及基于Zernike矩函数灵敏度的模型修正方法。以某航空发动机压气机轮盘为例,采用轴对称结构的模态振型Zernike特征矩,通过模态测试数据与有限元模型预测结果的相关性分析,克服重根模态对相关性分析的影响,准确地匹配模态对;同时采用基于Zernike矩函数的振动模态对于设计参数的灵敏度,修正有限元的模型修正,使压气机的设计模型的动力特性预测与实际结构的测试相一致,验证了该方法的可行性与优越性。     

诱导轮有限元分析与应用

采用有限元软件建立诱导轮的有限元模型,通过模态试验对其进行修正与验证;对诱导轮进行应力分析与疲劳分析,为故障分析与结构改进提供依据。     

弹-架分离系统动力学中的边界参数影响分析

机载导弹的发射经历着从发动机点火到导弹与载机分离的复杂动力学过程,其间作用有冲击和气动载荷,而导弹-发射装置-飞行器之间有着复杂的结构连接边界.本文建立了分离冲击条件下机载导弹与发射滑轨系统结构连接的动力学模型,利用仿真软件MSC.ADAMS/Vibration进行了系统的动力学虚拟试验与分析,研究了系统在低阶模态下连接结构的刚度和阻尼对系统频响函数的影响.本文研究为导弹发射动力学分析和弹-架系统动力学设计与优化提供了理论基础.     

基于径向基神经网络的有限元模型修正研究

设计参数型有限元模型修正属于结构动力学反问题，其理论基础是将结构的特征量视为设计参数的函数。然后依据特征量对设计参数的一阶导数信息进行迭代求解。本文提出了一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法，把模型修正归结为正问题进行研究。首先将特征量视为自变量．设计参数视为因变量，以径向基神经网络逼近两者之间的非线性映射关系，然后利用神经网络的泛化特性直接求解设计参数的目标值。不但无需迭代求解，而且避开了反问题所面临的复杂的非线性优化计算。GARTEUR飞机模型仿真研究的结果表明．修正后设计参数误差在2％以内，模态频率误差在1％以内。     

凸轮弹性连杆复合机构的动力学修改

本文以胶印机递纸机构为研究对象，该机构为一两自由度凸轮连杆复合机构。在建立该机构运动弹性动力学（ＫＥＤ）有限元分析模型和现场袂测固有频率的基础上，提出了一种利用实 固有频率数据修正复合机构有限元动力模型的方法。其基本思想是利用机构各个运动位置上的固有频率实测值与有限元模型的计算值之间的加权误差建立目标函数，然后利用优化方法使目标函数极小化，从而求出有限元模型参数的修正值。计算结果表明该方法是简便有     

Damage Identification of General Overhead Travelling Crane Structure Based on Model Updating by Sensitivity

A model based damage identification was proposed by facilitating parameter sensitivity analysis and applied to a general overhead travelling crane.As updating reference data,experimental modal frequency was obtained by operational modal analysis(OMA)under ambient excitation.One dimensional damage function was defined to identify the damage by bending stiffness.The results showed that the model updating method could locate the damage and quantitatively describe the structure.The average error of eigenvalues between updated model analysis and the experimental results was less than 4% which proved the accuracy reliable.The comparison of finite element analysis and the test results of the deflection under the capacity load further verified the feasibility of this method.     

二次约束优化方法在结构动力模型修正中的应用

将二次约束优化方法应用于结构动力模型修正问题中.该方法将模型修正问题转化为一个带二次约束的最优化问题.应用奇异值分解,给出了结构模型修正的数值方法,并进行了数值实验.通过与其他方法比较,本文提出的方法是有效的.     

Dynamical Model Updating Based on Modal Tests with Changed Structure

A new approach to modifying the stiffness and mass matrices of finite element models is presented to improve the calculation precision. By measuring the mode frequencies and shapes of both of the original and the new structures with changed stiffness and mass, the stiffness and mass matrices of the finite element model can be updated through matrices calculation and solving algebra equations. Taking a multi-freedom model as an example, the relation between the number of the modes and the correction precision of stiffness and mass matrix elements is researched. The facility and precision of the method are totally confirmed especially when the modeling error is known limited to a definite local range. The feasibility of the approach is proven by an effective engineering application to the model updating of a wing piece used in flutter test.     

三维有限元网格的自动划分

本文作者从研究结构的数学模型入手,讨论了建立三维结构有限元计算模型的方法。成功地获得了一些具有应用代表性的三维板壳和块体结构有限元计算网格的自动划分原理和算法。     

基于有限时间和不完备检测的飞机结构延迟模型(英文)

延迟模型是针对飞机结构的故障特点,通过优化飞机结构的维修活动,以达到维修成本最优化的一种有效方法。基于现有的延迟模型都是建立在无限时间跨度假设上的不足,提出和建立了有限时间跨度上的飞机结构不完备检测延迟模型。模型中考虑了飞机结构维修中存在不完备检测、检测门槛值和重复检测间隔等情况,使得延迟模型更加符合飞机结构维修的实际情况。针对模型的复杂性,采用非齐次泊松过程方法研究两次检测之间的更新概率,并采用Nelder-Mead单纯形法对模型进行了优化求解,最后,通过数值算例,验证了模型的合理性和有效性。     

基础简谐激励试验的结构动力学仿真研究

将基础简谐激励试验中少数测点的测量数据结合有限元模型进行结构动力学仿真,可以节省试验时间与费用,方便快速地实现对结构的监控。本文的仿真研究基于动态矩阵变换技术,将少数测量点的测量动响应时间历程数据快速傅立叶变换后在频域下应用矩阵变换计算得到有限元模型缩聚自由度动响应,通过对缩聚自由度动响应数据逆快速傅立叶变换以及缩聚转换矩阵反变换,得到了有限元模型全部自由度动响应时间历程。本文以某工程结构为例进行了仿真,仿真结果与试验结果具有较好的拟合性,验证了本文仿真技术的可行有效性。     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。