專利名稱:有限元模型修正的多步有效法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本項(xiàng)發(fā)明涉及一種應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)上的高效可靠的有限元模型修正新方法,可以利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試得到的有限低階模態(tài)信息,分步逐級(jí)修正有限元模型的某些優(yōu)選的參數(shù),使修正后的模型能夠更加準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。
背景技術(shù):
眾所周知,有限元方法(FEM)已成為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全評(píng)估等過(guò)程中建立數(shù)值模型的最常用方法。但是由于實(shí)際結(jié)構(gòu)某些參數(shù)的不確定性,以及有限元模型簡(jiǎn)化、單元?jiǎng)澐值牟缓侠硇?,使得有限元模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)之間存在誤差。有限元模型修正即為采用結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)來(lái)修改有限元模型中的個(gè)別參數(shù)的值,使修正后的模型能夠更加準(zhǔn)確的反映實(shí)際。其中最常用的過(guò)程就是通過(guò)振動(dòng)測(cè)試識(shí)別到結(jié)構(gòu)的某些低階模態(tài)參數(shù),由此來(lái)修正有限元模型,使之與測(cè)試結(jié)構(gòu)保持模態(tài)參數(shù)的一致性,稱為動(dòng)力模型修正。目前,針對(duì)有限元模型修正算法的研究已經(jīng)相對(duì)成熟,在航空航天、機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái),模型修正技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域,但多數(shù)只是將現(xiàn)有的算法簡(jiǎn)單的移植到土木工程結(jié)構(gòu)上,修正效果通常不太理想。究其原因,從技術(shù)本身來(lái)講,動(dòng)力模型修正本身是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的反問(wèn)題,方程常呈現(xiàn)病態(tài)(ill-conditioned),實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的微小誤差將會(huì)引起解的振蕩;另外其解具有非唯一性,通常采用估計(jì)方法求其最優(yōu)解,估計(jì)誤差的大小除了與方程本身的病態(tài)性有關(guān)外,還與實(shí)測(cè)信息的數(shù)量和精度直接相關(guān)。從工程角度來(lái)講,土木工程結(jié)構(gòu)通常比較復(fù)雜,有限元建模不確定性較多,受測(cè)試條件的限制,實(shí)測(cè)信息量又非常有限,且受噪聲的干擾,從而使得模型修正技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用受到了很大的限制。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型修正算法在土木工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的不足,本發(fā)明提供一種有限元模型修正的多步有效法,該方法可有效的改善模型修正方程組的病態(tài)性,從而降低測(cè)量誤差對(duì)修正求解的影響,使修正具有物理意義;用有限的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正盡量多的未知參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)修正后模型模態(tài)與實(shí)測(cè)模態(tài)的一致。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案(I)選擇目標(biāo)修正模態(tài)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)建立初始有限元分析模型,并進(jìn)行模態(tài)分析。對(duì)比有限元模型的模態(tài)信息與實(shí)測(cè)模態(tài)信息,選擇振動(dòng)測(cè)試中識(shí)別精度較高的模態(tài)或兩者差異較大的模態(tài)(包括頻率和振型)作為目標(biāo)修正模態(tài),可以是一階或多階;(2)初選修正參數(shù)集根據(jù)工程實(shí)際和建模過(guò)程中的簡(jiǎn)化,初選修正參數(shù)集X,通常選擇建模過(guò)程中不確定因素較大的參數(shù);(3)構(gòu)建目標(biāo)修正方程(或函數(shù))根據(jù)初選的修正參數(shù)和目標(biāo)修正模態(tài),采用傳統(tǒng)的模型修正算法構(gòu)建目標(biāo)方程,型如Ax=b,其中待求量X e Rnxi為選定的修正參數(shù)或參數(shù)的修改系數(shù)向量,系數(shù)矩陣A e Rmxn,b e Rmxi —般由有限元模型的模態(tài)信息和實(shí)測(cè)模態(tài)信息構(gòu)建,通常b中或A和b中同時(shí)包含測(cè)量誤差;(4)優(yōu)化選擇修正參數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)模態(tài)對(duì)各修正參數(shù)的敏感性,排列、分級(jí)初選的修正參數(shù),并剔除低敏感參數(shù)。其中各參數(shù)的敏感性由信息陣Q=A1A來(lái)體現(xiàn),分解各參數(shù)對(duì)Q
的跡的貢獻(xiàn)
權(quán)利要求
1.一種有限元模型修正的多步有效法,其特征在于 所述方法包括如下步驟 (1)選擇目標(biāo)修正模態(tài)選擇振動(dòng)測(cè)試中識(shí)別精度較高的模態(tài)或所關(guān)心的模態(tài)(包括頻率和振型)作為目標(biāo)修正模態(tài),可以是一階或多階; (2)初選修正參數(shù)集根據(jù)工程實(shí)際和建模過(guò)程中的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)初選修正參數(shù)集; (3)構(gòu)建目標(biāo)修正方程(或函數(shù))由實(shí)測(cè)模型的目標(biāo)修正模態(tài)(實(shí)測(cè)頻率和振型),采用傳統(tǒng)的模型修正算法構(gòu)建目標(biāo)方程; (4)優(yōu)化選擇修正參數(shù)根據(jù)模態(tài)參數(shù)對(duì)各修正參數(shù)的敏感性排列、分級(jí)初選的修正參數(shù),并剔除低敏感參數(shù); (5)多步修正對(duì)優(yōu)選和分級(jí)的修正參數(shù)從高到低逐級(jí)逐步進(jìn)行修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有限元模型修正的多步有效法,其特征在于 所述的(3)步驟中構(gòu)建目標(biāo)修正方程型如Ax=b,其中待求量X e Rnxi為選定的修正參數(shù)或參數(shù)的修改系數(shù)向量,系數(shù)矩陣A e Rmxn,b e Rmxi為針對(duì)選定的修正參數(shù)由實(shí)測(cè)模型的目標(biāo)修正模態(tài),采用傳統(tǒng)的模型修正算法構(gòu)建,通常b中或A和b中同時(shí)包含測(cè)量誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述有限元模型修正的多步有效法,其特征在于 所述的(4)參數(shù)的優(yōu)化選擇中,各參數(shù)的敏感性由信息陣Q=A1A來(lái)體現(xiàn),分解各參數(shù)對(duì) Q的跡的貢獻(xiàn)
全文摘要
本發(fā)明提供一種有限元模型修正的多步有效法。在傳統(tǒng)模型修正方法的基礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)建敏感性信息陣,排列分級(jí)、優(yōu)化選擇修正參數(shù)。然后利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試得到的有限的低階模態(tài)信息,對(duì)有限元模型進(jìn)行逐級(jí)分步修正。其優(yōu)點(diǎn)在于,可有效地改善傳統(tǒng)方法中,模型修正方程組一次性求解中的病態(tài)性,從而降低測(cè)量誤差對(duì)修正求解的影響,使修正具有物理意義。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103065021SQ20131002421
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者李英超, 王樹(shù)青, 倪宏革, 張敏, 孟珣, 楊彬 申請(qǐng)人:魯東大學(xué)