AC500型飞机结构动力学有限元模型修正

介绍基于地面振动试验（GVT）结果和优化算法的结构动力学有限元模型（FEM）修正方法及其在AC500飞机中的应用，其中包括结构动力学FEM修正中的几个环节——全机FEM的建立、模型匹配、试验／分析相关性及修正参数的选取，并且还介绍了基于GVT结果和优化算法的结构模型修正中产生的特殊问题——模态跟踪（Mode Tracking）。最后给出修正后AC500型飞机FEM分析固有振动频率和模态，并对结果进行了评价。     

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。     

飞机结构动力学有限元模型修正

从工程应用的角度讨论了利用GVT结果和优化方法的飞机结构动力学有限元模型修正技术，提供了一个比较成熟的、达到实际工程应用水平的修正方法和计算过程，并给出了在AC500飞机的成功应用。     

一种设计参数型的有限元模型修正方法

本文提出了一种设计参数型的有限元模型修正方法。依据正交条件,采用系统矩阵对设计参数的台劳展开式,建立参数修改量的线性方程式,用奇异值分解方法求解。在本方法中充分考虑了试验模态参数误差的影响,及试验振型自由度扩充等问题。计算机仿真及实际算例的结果表明,本方法计算量小、精确度较好。     

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。     

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。     

基于混合人工鱼群算法的结构有限元模型修正

将模拟退火算法(SAA)与具有交叉和高斯变异的人工鱼群算法(AFSA)相结合,提出了一种基于混合人工鱼群算法(HAFSA)的结构有限元模型修正方法;针对外编有限元模型修正程序直接嵌入Patran/Nas-tran软件存在困难的情况,设计了一种灵巧且方便的接口模块。以试验模型测试数据与有限元模型计算值的向量残差建立目标函数,在基本AFSA中引入交叉和高斯变异算子用于加快全局优化搜索速度,将目标函数优化值不断刷新公告板,再利用SAA进行局部细化搜索从而显著提高优化解的精度,在满足算法终止条件后获得设计参数的最优值;结合Fortran语言和Visual Basic语言编译接口模块,运行模型修正程序时循环修改Patran软件生成的建模文件并反复调用Nastran软件进行求解。以欧洲航空研究科技组织的基准模型——GARTEUR飞机模型为例,修正结果表明,应用HAFSA进行结构有限元模型修正是可行且有效的。     

GARTEUR有限元模型修正与确认研究

待修正参数的选择以及修正后模型的质量评估是有限元模型修正的两个重要问题。以欧洲学术界广泛采用的GARTEUR飞机模型为例,利用基于灵敏度分析的模型修正方法,通过仿真算例研究参数选择对模型修正质量的影响,并以试验数据为目标值对有限元模型进行修正与确认。为全面评估模型的修正质量,引入三级标准对修正后有限元模型进行确认。     

基于云自适应粒子群算法的高压转子复杂接触有限元模型参数修正

为建立更加准确的航空发动机高压转子的有限元模型,提出一种修正有限元模型描述航空发动机复杂接触的方法.将修正问题转化为求解定义在时域的误差函数的极小值,运用云自适应方法动态调整粒子群算法的惯性权重,使得算法在接近较优解时,惯性因子分布在云低端,有利于收敛得到更优解;当问题解较差时,其惯性因子分布在云顶端,有利于跳出局部极小点,扩大搜索范围.以仿真算例和实际航空发动机高压转子模型为例,通过与相关算法的修正结果比较,证明该算法是可行且有效的.      

Hierarchical model updating strategy of complex assembled structures with uncorrelated dynamic modes

In structural simulation and design, an accurate computational model directly determines the effectiveness of performance evaluation. To establish a high-fidelity dynamic model of a complex assembled structure, a Hierarchical Model Updating Strategy(HMUS) is developed for Finite Element(FE) model updating with regard to uncorrelated modes. The principle of HMUS is first elaborated by integrating hierarchical modeling concept, model updating technology with proper uncorrelated mode treatment, and...     

A hierarchical updating method for finite element model of airbag buffer system under landing impact

In this paper, we propose an impact finite element(FE) model for an airbag landing buffer system. First, an impact FE model has been formulated for a typical airbag landing buffer system. We use the independence of the structure FE model from the full impact FE model to develop a hierarchical updating scheme for the recovery module FE model and the airbag system FE model.Second, we define impact responses at key points to compare the computational and experimental results to resolve the inconsistency between the experimental data sampling frequency and experimental triggering. To determine the typical characteristics of the impact dynamics response of the airbag landing buffer system, we present the impact response confidence factors(IRCFs) to evaluate how consistent the computational and experiment results are. An error function is defined between the experimental and computational results at key points of the impact response(KPIR)to serve as a modified objective function. A radial basis function(RBF) is introduced to construct updating variables for a surrogate model for updating the objective function, thereby converting the FE model updating problem to a soluble optimization problem. Finally, the developed method has been validated using an experimental and computational study on the impact dynamics of a classic airbag landing buffer system.     

Enhanced wave and finite element method for wave propagation and forced response prediction in periodic piezoelectric structures

As a promising numerical tool of structural dynamics in mid-and high frequencies, the wave and finite element method (WFEM) is receiving increasingly attention and applications. In this paper, an enhanced WFEM has been developed with a reduced model and a new eigenvalue scheme. The reduced model is applicable for structures with piezoelectric shunts or local dampers;the new eigenvalue scheme can mitigate the ill-conditioning when the wave basis is calculated. The enhanced WFEM is applied to a thin-wall structure with periodically distributed piezoelectric mate-rials (PZT). Both free wave characteristics and forced response are analyzed and the influences of the suggested enhancements are presented. It is shown that if the control factors are properly cho-sen, these enhancements can improve the accuracy while accelerating the calculation. Resulting from the complexity of the application, these enhancements are not optional but imperative.     

3-D有限元转子模型减缩的旋转子结构法

为了对3-D有限元转子模型进行减缩,利用Guyan减缩法的基本原理,结合转子动力学分析理论,提出了易于实际应用的减缩方法——旋转子结构法并利用ANSYS程序将其实现.利用该方法减缩了某涡扇发动机转子模型21%的自由度数.减缩模型前20阶最大固有频率百分误差为0.43%,除第17阶振型置信因子为0.98外,其余振型置信因子均为1,临界转速计算的最大误差为0.46%.计算结果证明该方法是可行的.      

基于薄层单元的拉杆转子接触界面动力学建模及修正

为了研究具有复杂接触界面拉杆转子系统的动力学特性,发展了基于薄层单元的拉杆转子接触界面动力学建模及修正方法。采用线性本构关系的薄层单元模拟转子部件的复杂接触关系,基于模态试验数据,运用分层模型修正方法对预紧状态下拉杆转子部件接触面的连接刚度进行识别,通过识别的薄层连接参数建立拉杆转子动力学预测模型。将拉杆转子动力学预测模型的结果与试验数据进行对比分析,结果表明:采用线性本构关系薄层单元能够模拟拉杆预紧状态下接触界面的力学特性,修改薄层单元弹性模量能够模拟接触界面的法向刚度和切向刚度;修正后转子模型与测试结果的最大频率误差为0.6%,平均频率相对误差为0.25%,修正后模型能预测实际结构的振动响应。      

基于拉格朗日拟序结构的局部激励流动分离控制有效性分析方法

从流体输运角度提出了用于局部周期激励流动分离控制有效性研究的数值分析方法。基于有限时间不变流形理论建立用于非定常流动的流体输运分析方法,并采用数值方法从非定常流场中提取得到吸引拉格朗日拟序结构（LCSs）和排斥LCSs描述流体输运行为。通过对局部周期激励的流动分离控制规律的研究,结果表明存在三种与激励频率相关的影响翼型气动特性的流体输运模式,其中在锁频激励下吸引LCSs在前缘形成的尖楔结构有效增强主流与分离区流体的物质交换,减小翼面流动分离区的面积,显著提高翼型升力。     

脉冲子结构与有限元刚-弹混合连接的子结构方法

航天器结构的日益复杂庞大对系统级的动力学建模仿真以及进一步的结构优化提出了巨大挑战。为提高动力学求解效率,通常引用动态子结构方法。本文利用适于处理瞬态冲击问题的脉冲子结构(IBS)方法,并对其进行改进,将基于脉冲响应函数(IRF)的子结构与有限元建立的子结构综合,同时考虑刚性、弹性以及刚-弹混合连接情形下的子结构综合格式。通过3个数值算例,验证了方法的正确性。最后将刚-弹混合连接下的子结构方法应用到月球探测器软着陆的动态响应预测,结果表明该方法适于对月球探测器软着陆动态响应进行高精度快速预测,并且可以应用于月球探测器的局部动力学结构优化。