考虑边界条件约束和参数灵敏度的斜拉桥有限元模型修正

为了给五河口斜拉桥的桥梁健康监测提供一个基准的有限元模型,利用环境振动激励对斜拉桥进行了模态试验,得到了五河口斜拉桥模态参数测量值.根据设计图纸,建立精细、参数化的斜拉桥有限元模型,进行了模态分析,并将试验测量值和有限元分析值进行了匹配.对模型修正参数进行了灵敏度分析,选择了那些对目标函数和状态变量比较敏感的参数,尤其是边界条件,参与模型修正.研究表明,基于环境振动得到的模态试验测量值反映了建成后的五河口斜拉桥基本动力特性,有限元分析结果和模态试验结果匹配时出现错位,对参数施加了约束后,修正后的有限元模型更加接近实际结构,各参数修正后的物理意义明确.边界条件刚度应当作为修正参数,其修正结果反映了桥梁的实际情况.     

基于两阶段响应面方法的结合梁斜拉桥多尺度有限元模型修正

以灌河大桥为工程背景,建立了结构精细有限元模型和多尺度有限元模型,并进行全桥环境振动试验,以获取结构的实测动力特性.基于两阶段响应面方法,分别对多尺度模型与精确有限元模型之间的误差和初步修正后多尺度模型与实际结构之间的误差进行修正,并将修正后结果与实测值进行比较.结果表明:经过两阶段响应面模型修正后的计算结果与实测结果吻合较好,最大频率相对误差不超过8%,模态保证准则MAC值基本在90%以上,说明两阶段响应面方法能够较好地进行多尺度模型修正,保证修正后的模型参数仍然具有其物理意义;修正后的有限元模型可以进一步应用于多尺度损伤识别及损伤预后,服务于桥梁健康监测及安全评估.     

钢管混凝土拱桥模型的模态测试方法与应用

以结构模态参数为基础的结构动力分析是桥梁结构动力分析的关键问题之一.首先建立某一钢管混凝土拱桥的有限元模型,并进行动力分析.其次对该模型进行模态试验,采用结合环境激励技术的特征系统实现算法(ERA法)识别该结构的模态参数,即识别得到该结构的前6阶频率和振型.最后通过比较测试结果与有限元计算结果可知,对此类复杂结构作进一步的有限元模型修正是必要的.     

基于环境振动测试的钢筋混凝土渡槽空腹桁架拱有限元模型修正

为评估某钢筋混凝土渡槽一空腹桁架拱的现役状态,在静力检测的同时对其进行环境振动测试,采用特征系统实现算法识别模态参数,结果表明其实测动力特性与初始有限元模型分析结果之间存在明显的差异.因此,采用基于灵敏度分析的有限元模型修正技术,选择测量精度较高的实测模态频率作为修正基准,选取各构件的弹性模量和密度作为修正参数,对该桁架拱的有限元模型进行修正.修正结果表明,修正后的有限元模型能更好地反映结构的动力特性,可作为该结构状态评估的基准有限元模型.     

基于贝叶斯理论的多模型结构识别的试验研究

基于贝叶斯理论的抽样方法,对结构的多模型结构识别问题进行试验研究.采用基于贝叶斯理论的多模型结构识别的概念与基本框架,以及马尔科夫链-蒙特卡洛模拟(MCMC),建立了有限元模型库.针对MCMC在参数维度较高时不易收敛和计算效率低下等问题,提出了一种改进的MCMC抽样方法来进行多模型结构识别.利用Matlab-Strand7的交互访问技术(API)能够进行大型结构有限元模型的参数自动修正,在获得校验后的有限元模型库后,能基于有限元模型的后验概率分布进行预测.为了验证该理论的可行性和有效性,针对一根简支梁的数值算例和一座实际大跨钢管混凝土桁架系杆拱桥进行了基于贝叶斯理论的结构识别研究与响应评估,并使用传统的单模型结构识别方法——遗传算法(GA)进行对比分析,结果表明本文提出的基于贝叶斯理论的多模型结构识别方法能够更好地进行结构响应预测.     

模型修正技术在结构边界连接参数识别中的应用

对某钢桁架结构进行有限元建模,分析边界连接刚度对该钢桁架结构平面外模态参数的影响.结果表明只有连接刚度的部分分量对平面外参数有显著影响.基于该钢桁架平面外模态参数的实测值,采用模态修正技术对边界连接刚度的部分分量进行识别,得到比较满意的结果.结果表明固有频率实测值与识别值误差很小,在该建模条件下的识别值即为该钢架的边界连接刚度,验证了模型修正技术在解决实际参数识别问题的可行性和有效性.     

基于频响函数灵敏度分析的舰艇模型修正

由结构的数值计算和试验测试得到的频响函数，给出两者的相关函数及其灵敏度的表达形式，提出了一种模型修正方法，为有限元／边界元模型修正奠定理论基础．对带有发动机和隔振系统的舰艇进行了振动频响函数的测试，得到与初始有限元／边界元模型理论计算的相关函数，利用模型修正方法对选用的特定参数进行了修正．通过与模态试验结果的比较，验证了基于振动频响函数灵敏度分析的结构有限元模型修正方法的正确性．     

基于动力的石拱桥有限元模型修正

利用大型通用软件ANSYS,以国道319线苏家坡桥为例阐述基于动力的加固前后石拱桥有限元模型建立及模型修正的过程.首先介绍加固前后苏家坡桥的环境振动试验与模态参数识别,然后介绍加固前的石拱桥有限元建模及基于动力的模型修正过程,最后介绍加固后该桥的有限元模型修正.结果表明,加固前后的有限元模型计算和实测动力特性能够吻合良好,所建立的有限元模型可以用于桥梁的静动力计算.     

基于修正模态的混合遗传算法结构损伤识别

采用模态参数对结构进行损伤识别时,测试模态参数包含的误差使识别结果受到影响,严重时甚至不能反映结构的实际破损情况.结构损伤检测可以作为一优化问题.为此提出一种基于修正测试模态的损伤识别方法,即将基于测试频率和修正后的测试振型组成的函数作为优化目标,由具有鲁棒性及易于处理非确定性信息能力的遗传算法和局部搜索算法组成的混合遗传算法作为优化工具.基于桁架的分析结果表明,即使在测试数据包含误差的情况下,采用该方法也能获得满意的识别结果.     

基于模态参数与改进萤火虫算法的结构模型修正

：为尽可能提高结构模型修正的准确性和有效性,提出一种基于模态参数和改进萤火虫算法的有限元模型修正方法. 该方法基于结构模态参数构造目标函数,使用本文提出的改进萤火虫算法进行优化求解,并通过桁架模型数值仿真将改进算法同原始萤火虫算法、遗传算法和粒子群算法进行对比,结果显示：使用改进的萤火虫算法得到的最优解更接近实际值,且离散性低,验证了改进算法求解的准确性和优越性. 最后通过六自由度剪切框架损伤识别模型试验验证了该方法在求解结构有限元模型修正问题上的准确性和有效性.     

基于分层进化寻优的塔机结构有限元模型修正

采用分层优化策略,运用进化寻优算法实现结构有限元模型的优化修正.根据设计变量对有限元模型影响的区别将其置于节点层与截面层分别执行进化寻优,两个层次的进化寻优交替进行直至问题收敛.建立了某型塔机的参数化有限元模型,根据实测的风致振动响应识别的模态参数采用所提出的方法对塔机的有限元模型进行了修正.修正结果表明,该方法可以有效地实现塔机的有限元模型修正,且修正计算效率高于对应的基于整体策略的修正方法.     

上海中心施工过程动力特性的数值模拟与监测

为分析上海中心在施工阶段的模态变化,对其在施工阶段的动力特性进行长期监测,介绍某次环境激励下的振动测试,分析施工活动对模态识别的影响,并提出应用短时傅里叶变换技术选取合适监测数据以减少施工活动干扰,提高识别精度。最后,将识别结果与考虑实际施工过程的Midas/Gen有限元模型计算结果进行比较。研究结果表明:施工阶段下结构的加速度振动幅值随施工阶段明显增大;模态频率实测结果低于数值模拟结果;应用短时傅里叶变化技术选取合适监测数据能有效减少施工干扰;基于环境振动的施工阶段模态参数识别可用于修正上海中心的初始有限元模型,为今后运营阶段的健康监测提供更精确的基准模型。     

某粮库立筒仓模型环境振动测试与分析

立筒仓环境振动试验具有简单方便和花费少等优点。以舟山省级直属中转储备粮库为工程背景,介绍了粮库单仓模型的环境振动试验。采用频域峰值拾取法和时域改进的数据驱动随机子空间方法识别,得到了单仓模型的基准动力特性;并与三维有限元模型计算结果进行了比较,二者吻合良好。结果表明,环境振动测试足以识别出单仓模型感兴趣的主要模态,结果可作为单仓有限元模型修正、粮库立筒仓环境振动测试、损伤识别、使用状态评估和健康检测的基础。     

模拟环境激励下结构模态参数识别试验研究

为了实现结构基于振动特性的健康监测,进行了在线模态参数识别。综合自然激励技术和特征系统实现算法,进行了模拟环境激励下结构的时域模态参数识别。利用特征灵敏度分析得到质量归一化振型。对一个两层钢支撑框架模型进行了模拟环境激励试验和力锤激励试验;通过改变结构质量和特征灵敏度分析,得到质量归一化振型;同时进行了有限元计算分析。通过试验模态参数识别与有限元计算得到的模态参数的对比,证明了该方法的有效性。     

某斜拉桥主塔模态测试及有限元模型修正

本文通过对某斜拉桥主塔的模态测试,得到结构在自然激励下的自振频率。再利用ANSYS优化设计功能,对斜拉桥的主塔进行动力有限元模型修正,得到了修正后的设计参数和计算频率,使得有限元模型更加接近于实际结构。     

基于相似模型试验的导管架平台有限元模型修正

根据设计尺寸建立的有限元模型与实际结构之间不可避免地存在一定偏差,须根据试验测量数据对有限元模型进行必要的修正。基于相似原理设计制作完整平台和损伤平台的缩尺模型,开展模态试验;根据模态置信准则(MAC)评价试验模态数据和有限元计算数据的相关性。应用灵敏度分析方法对结构设计变量进行分级,以有效识别出平台结构中的待修正参数。针对含有未知损伤的海洋平台,采用结构参数的优化方法,识别损伤位置并实现损伤平台有限元模型的更新。结果表明:对于完整平台,修正后前六阶固有频率的误差均值由修正前的17.22%降至2.78%,修正后的有限元模型更接近试验结构;平台损伤后MAC显著降低,根据优化方法可准确定位出2个缺失构件的位置,且修正后固有频率的误差均值由25.94%降至4.79%。通过修正可为在役海洋平台安全评估提供一个准确的有限元模型。     

应用参数识别技术提高有限元动力计算的精度

分析了复杂构件的有限元动力计算结果与实验结果间的误差和误差产生的原因。用正弦稳态激振对一个具有法兰连接件的悬臂梁进行模态参数识别。根据识别的模态参数,用迭代的矩阵摄动法和广义逆技术求出具有法兰连接件的梁单元刚度矩阵的修正矩阵。再应用有限元程序对修正后的动力模型进行计算,精度明显提高。     

基于参数不确定性的预应力混凝土梁模型修正

提出了基于参数不确定性的全预应力混凝土梁模型修正方法.灵敏度分析发现混凝土弹性模量和密度是影响梁的自振频率较大的参数.在贝叶斯理论中融入马尔可夫链-蒙特卡罗算法,实现了有限元分析程序和复合链抽样技术的协同工作,得到了模型参数后验分布的统计特征,并预测了梁的前三阶自振频率分布范围.数值分析表明：模型参数后验分布的标准差相...     

基于柔度曲率梯度的刚架拱桥损伤识别

柔度类损伤识别指标对低阶模态敏感,提出柔度曲率梯度的损伤识别指标并应用于刚架拱桥损伤识别.新指标是通过将柔度曲率矩阵在标量场中进行延拓,求取方阵标量场中心元素的梯度向量而得到.采用实际刚架拱片尺寸建立有限元模型,使用频率相对误差与模态置信准则修正结构动力模型,基于动力修正模型验证了柔度曲率梯度的损伤识别效果,并采用截尾高斯分布的误差模型验证新指标的抗误差干扰能力.研究结果表明:基于动力修正模型的损伤指标检验方法新颖、合理,截尾高斯分布模型可以更好地反映测试误差分布,柔度曲率梯度可有效识别刚架拱片单处与多处损伤,在误差水平10%时仍具较好的识别精度.基于此,本文工作可为柔度曲率梯度在较复杂结构与实际桥梁损伤识别的应用奠定基础.     

有限元模型修正的不确定性方法综述

有限元模型和其他分析模型被广泛地用于结构仿真分析,而实验模态分析也逐渐变得复杂,因此需要精确的方法来获得真实结构的基频和模态振型,这其中一个主要的问题就是如何推导出更好的方法来修正分析模型,使之能够更多地反映实测的数据.近年来,随着有限元建模能力和模态试验成为结构动力学成熟的研究领域,有限元模型修正的不确定性这一具有挑战性的问题引起了人们极大的兴趣.文中综述了模型修正的不确定性方法中的3种主要技术:最小方差估计、扰动技术和贝叶斯估计,以期更好地与工程监测结合.