结构动力学模型修正的三步策略及其实践

首先构建了由模型结构调整、模型参数修正以及模型确认组成的三步模型修正策略。该方法优于传统模型修正方法的是:在模型修正之初基于误差定位、灵敏度分析以及工程经验进行的模型结构调整可以给出一个适于参数修正的初始有限元模型,从而保证了模型修正的成功。然后,采用三步法针对国际上模型修正的标准考题——GARTEUR19结构动力学模型进行修正,详尽论述了模型结构调整、参数修正以及模型确认的过程,并将修正结果与国外同行的研究结果进行了对比,综合精度与国际先进水平相当,从而验证了三步模型修正策略的有效性。     

基于统计分析和响应面方法的有限元模型修正研究

通过统计学中的方差分析对待修正参数进行筛选,利用对修正参数的方差分析结果,选择对响应特征有显著影响的参数作为修正对象。再利用试验设计方法,通过有限元计算,获得一系列试验点的响应特征,拟合出响应特征关于修正参数的响应面模型。模型修正时,用响应面模型替代有限元模型进行迭代计算。由于只需要在试验点的响应特征计算时调用有限元计算程序,对于大型工程结构,可极大的提高修正效率。     

全机有限元模型修正及验证方法研究

有限元分析现已成为飞行器设计的重要工具,若要提高有限元仿真的准确性,需要对有限元模型进行必要的修正。以某型直升机全机静力试验有限元模型为研究对象,基于静力试验实测的应变值,进行变量参敏度分析和模型优化,针对全机试验测点多、模型自由度大的特点,提出适用于验证全机模型的相关性算法;基于该算法,应用某一工况下的试验结果,对全机有限元模型的部分参数进行修正,得到与试验结果符合较好的模型参数结果;应用其他工况的结果对修正后的模型进行验证,结果表明:其他工况下修正后模型的计算结果与试验值也很接近,证明了该相关性算法和全机模型修正及验证方法的可行性和有效性。     

航空发动机静子系统中螺栓连接结构的建模与修正

基于概率设计方法对航空发动机静子系统中螺栓连接结构进行模型修正研究。静子系统中不同的机匣结构由螺栓连接在一起,采用具有一定材料属性的层单元法来等效模拟螺栓连接结构,通过调节层单元材料属性来提高有限元模型精度。首先采用灵敏度分析方法确定修正区域,然后基于概率方法设计修正参数,利用蒙特卡洛抽样法选取样本点,最后基于静力学试验数据选择合理的目标函数,通过迭代优化计算得到修正后的模型参数。结果表明,修正后的静子系统有限元模型计算得到的刚度值与试验数据更加接近,修正后的相对误差都在5%以内。     

混合边界子结构的航空发动机机匣模型修正

提出了一种基于混合边界模态综合的复杂结构有限元模型修正方法。其主要步骤包括:①子结构划分,根据结构形式划分待修正区域，得到子结构和残余结构；②缩聚和装配,利用混合边界模态综合法，将子结构内部自由度集缩聚至混合边界自由度集，得到子结构缩聚矩阵，并与残余结构的系统矩阵进行装配；③修正,基于灵敏度分析方法，对装配后的残余结构进行参数修正。将该方法应用于航空发动机外机匣的精细化有限元建模及模型修正研究，针对局部连接结构参数修正，子结构模型修正方法的参数收敛后最大误差为064%，其计算效率提高了515倍。算例结果表明，该方法在保证修正精确度的同时，能提高大规模复杂结构有限元模型修正的计算效率。      

基于参数法的焊接薄板动力学模型修正

以焊接薄板动力学模型修正为目的,通过建立参数法修正模型,对含焊缝悬臂薄板动力学模型进行了修正。将焊缝用连续实体单元建模,焊缝部位的密度和弹性模量作为修正变量,以有限元数值解与模态振动测试结果误差最小化为优化目标,通过数值迭代运算,得到了模型修正参数的最优化解。结果证明模型修正精度较高,可有效降低焊接结构件有限元模型复杂度。     

转子-支承耦合结构的模型修正研究

在转子-支承耦合结构的动力学分析过程中,结构模态参数计算结果与实验测试结果往往存在较大差异。针对此问题,应用优化算法对结构动力学模型进行修正,使计算模型能更准确地反映结构特性。建立由梁单元、盘单元、弹性支承单元组成的结构动力学有限元模型;选择优化目标函数、设计参数,并对各参数进行灵敏度分析。应用粒子群算法对选取的设计参数进行优化,得到最优模型。利用转子-滚动轴承实验器进行验证,结果表明,方法能够有效地实现转子-支承耦合结构的动力学模型修正,修正后模型更接近实际结构。     

基于静强度试验的有限元模型修正技术研究

基于静力响应的有限元模型修正技术广泛应用于工程结构的参数识别中,需要解决软件实现、基准数据与目标函数选取,以及参数的灵敏度分析等问题。利用位移响应信息对损伤位置确定的悬臂梁进行了损伤程度的精确识别,对于损伤位置不能确定的情况,通过引入应变约束条件实现了损伤位置与损伤程度的同时确定。作为实际工程算例,将飞机静强度试验得到的位移响应与内力响应作为基准数据,利用模型修正技术确定飞机方向舵有限元模型边界条件。算例比较了不同目标函数和约束条件对修正效果的影响,并通过增加内力响应信息进一步修正了根部约束参数,为计算分析提供了精确有限元模型。     

基于实验复模态参数的有限元模型修正

提出了一种利用非完备实验复模态参数,修正带有非比例阻尼矩阵结构有限元模型的迭代修正方法。首先,对处理困难的阻尼矩阵表达为质量与刚度矩阵的多项式组合,并给出了物理解释,被修正参数为该多项式的系数和结构的某些局部几何、材料参数,其修正结构物理意义明确,与结构的动态设计相适应,实例表明了本文修正方法的有效性。     

基于预处理共轭梯度算法的有限元模型修正方法

在预处理共轭梯度算法的基础上,提出了一种新的有限元模型修正方法。该方法利用有限元模型的特征方程和试验数据的特征方程相互交叉建立模型修正的数学模型,在质量矩阵和刚度矩阵满足正交性条件和特征方程的约束下,然后利用预处理共轭梯度算法修正方程的数值解。通过算例对该方法进行数值验证,并与其他方法进行了比较,结果表明计算方法提高了模型修正精度,收敛速度快,合理、可行。     

交互式多模型算法中模型集选择的分析研究

分析研究了交互式多模型算法中的模型集的选择问题。首先,从理论上对模型集选择进行了分析,讨论了模型集中不匹配模型对轨迹预测性能的影响,并提出一种自适应(ACT)模型集;然后通过仿真试验,验证了模型集选择的理论分析,并证明了交互式多模型算法采用自适应(ACT)模型集的优越性。     

模型确认热传导挑战问题求解的贝叶斯方法

为了进一步推动模型确认方法的发展并明确其具体实施步骤,以圣地亚国家实验室提出的模型确认热传导挑战问题为例,建立了模型确认的贝叶斯框架,并阐述模型确认的思想以及实现的一般过程.模型确认不仅是一个评定仿真模型准确度的过程,而且是一个通过确认结果提高模型预测精度的过程.首先介绍了贝叶斯及不确定性量化的基本理论,强调了模型修正...     

2.5维编织树脂基复合材料平板多尺度动力学模型修正

在2.5维编织树脂基复合材料多尺度固有振动分析的基础上,开展基于实测结构模态数据的复合材料平板动力学模型修正研究,以获取精准反映其动力学特性的模型。首先,建立复合材料平板固有频率对弹性参数的灵敏度分析方法,分析了平板固有振动特性的主要影响因素;其次,建立基于灵敏度分析的复合材料多尺度动力学模型修正方法,形成了基于MSC.NASTRAN平台的模型修正程序。最后,利用实测结构模态测试数据,实现对复合材料平板动力学模型的修正。结果表明,对关键弹性参数进行修正后,不同边界条件和纱线走向的复合材料平板试验件固有频率实测数据与仿真数据的最大误差由10.44%下降至2.39%,相关性得到了大幅改善。此外,所提出的自由模态测试方案结合动力学模型修正方法,为复合材料等效弹性参数的试验辨识提供了新的技术途径。     

Dynamic parametric modeling-based model updating strategy of aeroengine casings

For accurate Finite Element (FE) modeling for the structural dynamics of aeroengine casings, Parametric Modeling-based Model Updating Strategy (PM-MUS) is proposed based on efficient FE parametric modeling and model updating techniques regarding uncorrelated/correlated mode shapes. Casings structure is parametrically modeled by simplifying initial structural FE model and equivalently simulating mechanical characteristics. Uncorrelated modes between FE model and experiment are reasonably handled by adopting an objective function to recognize correct correlated modes pairs. The parametrized FE model is updated to effectively describe structural dynamic characteristics in respect of testing data. The model updating technology is firstly validated by the detailed FE model updating of one fixed–fixed beam structure in light of correlated/uncorrelated mode shapes and measured mode data. The PM-MUS is applied to the FE parametrized model updating of an aeroengine stator system (casings) which is constructed by the proposed parametric modeling approach. As revealed in this study, (A) the updated models by the proposed updating strategy and dynamic test data is accurate, and (B) the uncorrelated modes like close modes can be effectively handled and precisely identify the FE model mode associated the corresponding experimental mode, and (C) parametric modeling can enhance the dynamic modeling updating of complex structure in the accuracy of mode matching. The efforts of this study provide an efficient dynamic model updating strategy (PM-MUS) for aeroengine casings by parametric modeling and experimental test data regarding uncorrelated modes.     

基于加速度频响函数小波分解的模型修正方法

为提高模型修正效率，满足修正方法对于实测环境噪声的鲁棒性，将Kriging模型和小波分解引入加速度频响函数模型修正。首先，将加速度频响函数进行小波分解，用得到的第1层幅值较大的小波系数来表征原频响函数。其次，采用拉丁超立方抽样对初选待修正参数进行设计，根据设计结果对各参数进行灵敏度分析，从而确定模型修正的待修正参数，以待修正参数作为Kriging模型输入，所对应的小波系数作为Kriging模型输出，通过混合灰狼算法寻得最优Kriging模型相关系数，建立精确有效的Kriging模型。最后，以目标加速度频响函数小波分解的小波系数与Kriging模型输出的小波系数差值最小为目标，通过水循环算法求解模型待修正参数。数值算例表明，所提模型修正方法具有良好的修正效果，即使在加速度频响函数中加入信噪比为5 dB的高斯白噪声时，修正误差也低于4%，证明了该方法对于随机噪声的鲁棒性。     

基于径向切比雪夫矩函数的结构动力学模型修正

提出基于径向切比雪夫矩函数的振型描述及模型修正的方法,并应用于实际结构.将结构的模态振型用径向切比雪夫矩特征值表示,可以用很少的数据很好地描述振型数据的特征,实现振型数据的压缩.将径向切比雪夫矩特征值用于相关分析中,克服了利用模态置信准则描述对称结构重模态的缺陷.进一步将径向切比雪夫矩特征值用于模型修正中,克服了将振型数据直接用于修正中会产生的一些问题,如振型数据量过大、修正不易收敛等.以某航空发动机实验器的封油盖为例,进行振动模态测试实验,利用径向切比雪夫矩函数对其进行相关分析及模型修正,修正前后,封油盖有限元的前13阶固有频率的预测值与实际结构模态测试的实验值误差由最大值17.13%降低到1.23%,验证了该方法的有效性.      

大型复杂仿真系统模型验证的有效途径

根据大型复杂仿真系统的特点,提出了利用贝叶斯(Bayes)理论对大型复杂仿真系统模型进行验证的方法,建立了检验建模与仿真(M＆S)中的复杂假设的规则及实现算法,经过部分实例证明此方法是一种准确、通用和有效的方法。