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.     

基于响应面法和麻雀搜索算法的结构有限元模型修正

为了获取准确可靠的结构有限元模型,提供结构运营期间健康监测和状态再分析的基准参照,提出了一种基于响应面法(response surface method,RSM)和麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的结构有限元模型修正方法.首先,基于响应面法,采用拉丁超立方设计方法进行试验设计获取样本点,以简单低阶数学模型代替特征量与参数间复杂的映射关系,构造结构宏观响应与各参数的解析表达式,基于逐步回归分析进行基函数显著性检验,运用方差理论检验模型精度获取最优响应面模型,并联合结构动力响应残差和构造目标函数;其次,基于麻雀搜索算法,对目标函数进行优化求解得到各参数最优解,代入初始有限元模型中,实现对初始有限元模型的修正;最后,基于RSM-SSA有限元模型修正方法对高维局部损伤悬臂梁数值模型实施修正,验证所提方法的可靠性和可行性,并与基于其他新兴群智能优化算法的有限元模型修正结果进行对比.结果 表明:采用该方法修正的参数和频率误差均值分别为6.549％、0.279％,修正效率和精度较其他算法有显著提升,修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映结构实际力学行为.该方法为结构有限元模型修正提供一种新思路.     

钢管砼系杆拱桥模态参数识别及有限元仿真

以宁杭南河特大桥主桥-钢管砼系杆拱桥为背景工程进行成桥的动态试验,利用环境激励下桥面的动力响应数据进行全桥的动力特性参数识别,采用PDV100激光测振仪测得拱桥的吊杆内力.基于ABAQUS建立整幅桥梁的三维有限元模型,结合所识别的桥面模态参数以及测得的吊杆内力,对钢管砼系杆拱桥的有限元模型进行修正.研究结果表明:经修正后的模型能更准确地反映结构的动力特性,可作为桥梁结构健康监测中损伤识别与安全评估研究工作的基准模型.     

利用响应灵敏度修正Gascogine天桥的有限元模型

用梁格法建立了香港Gascoigne天桥某一跨的有限元模型。并利用基于响应灵敏度有限元法对该有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型计算所得到的动态响应与实测的响应比原始有限元模型所得到的吻合得好。文章表明所提方法能够对实际工程结构进行模型修正。     

基于响应面法的听小骨消声器的优化设计

为了改善听小骨消声器的消声性能,并减轻质量,以消声器低频和宽频的平均传递损失作为优化目标,以消声器的结构参数(进出口管道宽度、封闭腔深度、封闭腔长度)作为优化变量,消声器的质量作为约束条件,对其结构参数进行优化.建立了听小骨消声器的有限元模型,采用中心组合试验设计获得样本点,利用响应面法构造二次多项式响应面模型,并检验了响应面模型的拟合精度.将响应面模型和NSGA-Ⅱ遗传算法相结合对消声器的结构参数进行了优化.优化后消声器低频和宽频的消声性能得到改善,质量减轻,表明了响应面法和遗传算法相结合的消声器结构参数优化方法的有效性.     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正研究

有限元模型修正可转化为优化问题,基于此,将全局寻优算法--混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达,基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。本文研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正

有限元模型修正可转化为优化问题;基于此,将全局寻优算法——混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达。基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

基于响应面模型法的地下综合管廊结构优化方法研究

地下综合管廊是城市地下空间开发的重要方式，为了对地下综合管廊的结构进行优化设计，提出了一种基于响应面模型（Response Surface Model, RSM）的结构优化设计方法.基于有限元模型分析结果，选取适当的结构力学响应作为控制参数.采用拉丁超立方采样（Latin Hypercube Sampling,LHS）和优化拉丁超立方采样（Optimized Latin Hypercube Sampling,OLHS）方法，建立设计参数与结构力学响应之间的响应面模型，并评估了不同采样方法建立的响应面模型的精度.结果表明，采用最小样本点数量4倍的OLHS建立响应面模型能兼顾建模效率与准确性.基于响应面模型建立了考虑配筋等多种条件约束的优化模型，采用非线性规划和遗传算法对优化模型进行了求解，结果表明求解方法不影响优化结果，模型鲁棒性好.优化后结构造价成本下降27.58%，控制截面弯矩分别下降45.10%、45.72%、24.40%.采用有限元方法对优化后结构进行了分析，其二维响应面模型与有限元分析的误差小于14%，采用二维响应面模型替代有限元分析过程是合理有效的.     

基于响应面法和NSGA-Ⅱ算法的麦弗逊悬架优化

应用响应面法和经过改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行悬架结构参数优化.在ADAMS/Insight软件中进行设计参数的灵敏度分析,针对灵敏度较大的设计参数,建立车轮定位参数在车轮跳动过程中最大变化量的2阶响应面近似数学模型.对该模型进行稳定性分析,并且应用加入精英保持策略和去除重复个体算法的NSGA-Ⅱ优化算...     

弛张筛面动态特性数值模拟及参数优化

针对弛张筛筛面破损问题,考虑筛面的装配形式和工况条件,建立实际安装状态下的筛面有限元分析模型,分析工作条件下筛面不同位置的变形及应力分布;将响应面法与优化技术相结合,以安装半径和弯折角度为设计变量,通过中心复合试验设计,构建反映筛面设计参数与筛面应力关系的二阶响应面近似模型,分析各设计变量对筛面工作应力的影响规律;结合目标规划优化方法和NSGA-Ⅱ遗传算法对响应面近似模型进行寻优,获得筛面最佳几何参数。研究结果表明:筛面剪切应力主要分布在弯折区域中心部位;优化后,当弯折半径为22.5 mm,弯折角度为150°时,筛面剪切应力取得最小值,并较初始值降低12.6%。     

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．     

Finite element model updating of bridge structures based on sensitivity analysis and optimization algorithm

The dynamic characteristics of bridge structures, such as the natural frequencies, mode shapes and model damping ratio, are the basis of structural dynamic computation, seismic analysis, vibration control and structural health condition monitoring. In this paper, a three-dimensional finite-element model is established for a highway bridge over a railway on No.312 National Highway and the ambient test is carried out in site, the dynamic characteristics of the bridge are studied using the finite-element analysis and ambient vibration measurements. Comparison between the theoretical and experimental results shows that the frequency differences of the modes range between 0.44% and 8.77%. If the measurement is more reliable, the finite element model updating is necessary. Thus, a set of design variables is selected based on sensitivity analysis, then the finite element model of the bridge is updated based on optimization algorithm. The results of model updating show that the proposed updating method in this paper is more simple and effective, the updated finite element model can reflect the dynamic characteristics of the bridge better, the analytical results can provide the theoretical basis for damage identification and health condition monitoring of the bridge.     

基于振动响应的导管架平台极限承载能力分析

为评估到达一定服役期限的导管架平台结构安全性能,提出基于振动响应的平台时变极限承载能力分析方法。以东海某气田导管架平台为对象开展振动监测研究,采集不同海况下平台上部组块的加速度响应,通过随机减量法对平台振动响应数据进行特征函数提取,分别采用时序分析法和复指数法对预处理数据进行动力学参数识别。借助有限元分析建立不同损伤状态下平台固有频率数据库,通过与模态参数识别数据对比识别出平台结构健康状态。应用时域分析法进行平台非线性动力学分析,并结合极限承载能力评估准则建立动力极限承载能力分析方法。结果表明,基于振动监测分析结果的平台修正模型能较准确地反映在役平台结构健康状态,可实现平台的结构抗力的精确评估,得到不同服役期导管架平台结构时变抗力变化规律。     

基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正

建立了基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正方法.该方法主要包括实桥静力荷载试验、桥梁结构有限元建模、有限元模型参数修正等步骤.利用该方法对某高速公路五跨预应力连续箱梁桥进行有限元模型修正,得到了与桥梁实际静力荷载试验实测响应一致的桥梁结构静力有限元模型.经过修正的桥梁结构有限元模型(参数)是桥梁结构性能评价等结构分析工作的基础.     

基于模型缩聚-频响函数型模型修正的子结构损伤识别方法

由于大型复杂结构参数识别困难,提出将频响函数型模型修正方法与子结构方法结合进行损伤识别。构造一个关于损伤频响函数的优化方程。通过子结构有限元模型向损伤后频响函数修正的过程,识别损伤参数。以一个三层平面刚架为数值算例,计算结果表明该算法对损伤参数较为敏感,识别精度较高,可以准确识别出预设的子结构损伤单元和损伤程度。     

基于频响函数的模型修正方法

提出了一种新的基于频响函数的模型修正方法.该方法不但避免了模态分析过程,以设计参数为修正对象,而且不需要将有限元模型的频响函数与实验测得的频响函数进行匹配,仅需要少量实测的频响函数数据即可完成模型修正过程.通过桁架结构的模型修正算例表明,采用该模型修正方法在噪声的干扰下仍然能够获得理想的修正结果,证明了方法的有效性.     

基础变形模量不确定条件下拱坝最大有限元等效应力分析

为研究基础变形模量的不确定性对拱坝应力的影响,建立以基础变形模量为设计变量、以坝体应力为目标函数的计算拱坝最大应力的最优化模型;利用均匀试验设计法构造拱坝最大有限元等效应力与基础变形模量之间的二阶多项式响应面。工程实例分析表明,所建立的响应面模型具有较高的精度,当已知基础变形模量变化范围时可以较好地确定拱坝的最大有限元等效应力。