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.     

基于改进响应面的桥梁抗弯刚度修正

根据响应面法(RSM)的应用条件,从工程应用角度研究响应面法改进方法及桥梁抗弯刚度修正中确定设计空间大小的一般原则。利用单因素试验法,令抗弯刚度在初始设计值的基础上产生单位改变量,考察目标函数对应的改变量,建立两者之间的线性函数关系,以初始有限元模型的目标函数值和对应实测值的差值为目标,通过优化算法,使待修正参数的设计空间快速逼近最优区域。在优化的设计空间里建立响应面模型对桥梁结构抗弯刚度进行修正。数值算例和三跨连续梁实桥静载试验算例证明:该方法显著地提高了基于响应面的桥梁结构抗弯刚度修正的精度。     

和声搜索算法在结构有限元模型修正中的应用

首次将和声搜索算法(harmony search algorithm,HSA)引入结构健康监测领域,并成功应用于结构有限元模型修正.首先介绍和声搜索算法的基本原理及其主要计算步骤;其次将结构有限元模型修正转化为一优化问题,建立目标函数,利用和声搜索算法求解该优化问题,得到结构修正后的有限元模型;最后通过对5层剪切型框架模型进行仿真模拟,验证该方法在结构健康监测领域应用的可行性.拓宽和声搜索算法的应用范围,为结构健康监测提供另一种思路.     

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.     

基于非支配排序遗传算法的塔机有限元模型修正

为了建立一个能准确反映结构实际状态的有限元模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的有限元模型修正方法.首先建立初始有限元模型,基于二次响应面法,得到有效的响应面替代模型,然后采用NSGA-Ⅱ对该模型进行修正,最终建立了满足工程精度要求的可靠的有限元模型.给出了某型塔机有限元模型修正的工程算例,将修正后的计算结果与实测数据相比较,说明了基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对于有限元模型修正具有理想的效果,修正后的有限元模型能准确反映结构力学特性.     

结构静力有限元模型修正中的目标函数构造分析

阐述了利用静载试验成果、进行结构静力有限元模型修正的一般的过程,在分析其修正优化目标函数构造主要影响因素的基础上,提出了综合考虑结构试验荷载测试误差、静力试验响应测试误差和响应类型差异(数值大小差异)的目标函数构造方法,并通过简支梁静载试验的数值算例进行了应用验证.     

基于灵敏度分析的井架结构模型修正方法研究

从井架结构模态参数对物理参数变化的灵敏度出发,探讨了井架结构的模型修正问题.以设计参数型模型修正方法为基础,对井架结构杆件的材料、截面形状和几何尺寸等参数进行直接修正.确定优化模型的目标函数及约束变量,利用一阶优化算法对结构参数进行了优化和状态评估.通过实验室简易井架模型的分析验证了此方法的可行性.该方法为复杂井架结构的损伤识别和状态评估提供了一个新思路.修正算法的优化方法采用ANSYS一阶优化方法,敏感性分析和模型修正完全基于ANSYS软件进行,适合于实际工程的应用.     

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.     

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。     

结构加速度频响函数模型修正的Kriging方法

为提高结构频响函数模型修正效率,提出将Kriging模型引入优化过程,代替有限元模型进行迭代运算.基于频响曲线对应频率点处的响应值之差构造目标函数,并结合初选设计参数进行实验设计.根据实验设计结果进行各参数的灵敏度分析,进而筛选出模型修正的待修正参数,基于该参数及其响应构造Kriging模型,经检验有效的Kriging模型将参与模型修正过程.以GARTEUR飞机模型为算例,基于加速度频响数据进行模型修正,修正后模型不仅能复现检验点处频响曲线,还能成功预测结构局部修改后的频响曲线,证明了Kriging方法应用于频响函数模型修正的有效性.     

复杂工程结构非概率可靠度分析的高斯过程动态响应面法

复杂工程结构非概率可靠度分析中,由于功能函数是隐式的,采用解析方法难以求解,针对这一问题提出基于粒子群优化的高斯过程动态响应面方法.该方法通过有限元生成少量训练样本,然后采用高斯过程回归模型重构隐式功能函数的响应面,实现小样本下隐式函数的显示表达,进而利用粒子群优化算法搜索设计点,并构造合理的迭代方式,利用各迭代步的设计点信息动态提升响应面对结构功能函数的重构精度.算例结果表明,该方法是可行的,与基于二次多项式的传统响应面法相比较,该方法的计算效率与计算精度均较高,易于与已有的有限元软件相结合,适用于具有隐式功能函数且计算代价较高的复杂工程结构非概率可靠度分析.     

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.     

曲轴锻模新型飞边结构的智能优化设计

针对锻模新型飞边结构——阻力墙,对其结构参数进行了优化研究。通过应用部分析因设计方法,对阻力墙结构参数的效应进行了分析,筛选出了关键因子。将得到的设计变量应用拉丁超立方抽样,对得到的样本点进行有限元模拟。以阻力墙结构参数为变量、有限元模拟结果为响应,建立代理模型。采用线性加权法将所得近似模型转化为单目标函数,利用粒子群算法进行全局寻优,最后应用遗传算法对该优化问题进行了比较和验证。结果表明,采用粒子群算法能够得到最优化的阻力墙结构参数,且收敛速度远高于传统遗传算法。     

基于混沌粒子群算法的结构可靠性优化设计

针对基本粒子群算法的早熟问题,充分运用混沌优化与粒子群优化的搜索特性,动态收缩搜索区域,将混沌粒子群算法应用到结构可靠性优化理论,建立结构系统可靠度约束下最小化结构质量的优化模型,提出基于混沌粒子群算法的结构可靠性优化设计方法.利用该优化方法进行框架结构优化设计.研究结果表明:运用所提出的可靠性优化设计所得结果显著优于运用基本粒子群算法和最佳矢量型算法所得结果;该方法易于实现,稳定性好,具有较好的工程实用价值和较强的开发能力.     

基于SiPESC.OPT的结构动力模型修正研究

将模型修正问题转化为优化问题,基于自主研发的优化分析软件SiPESC.OPT并集成结构有限元分析软件,研究了结构动力模型修正问题,通过桁架和Garteur飞机的修正算例很好地证明了该方法的可行性.通过SiPESC.OPT和商用有限元软件的集成,实现了优化算法和有限元分析类型多样性的需求,不仅提高了模型修正的效率,且保证了有限元分析的精度,有很高的工程实用价值.在Garteur飞机修正算例中,详细阐述了模型精化、参数增减及取值范围调整、灵敏度分析等过程,取得了精度很高的修正结果.     

弹性连杆机构动力学模型的一种修正方法

提出了一种利用实则固有频率数据修正弹性连杆机构有限元动力学模型的方法，该方法的基本原理是利用机构固有频率实测值和有限元计算的加权误差建立目标函数，然后用优化方法使目标函数极小化，从而识别出机构局部构件结构参数的修正值，另给出了一平面四杆机构有限元动力学模型修正算例说明方法的有效性。     

基于滑模控制分数阶统一混沌系统的函数投影同步

研究分数阶统一混沌系统的混沌特性.基于滑模控制理论设计了一种自适应函数投影同步的控制方案.选取合适的控制器以及自适应控制律,证明分数阶误差系统为渐近稳定的,驱动-响应系统最终实现自适应修正函数投影同步,且可以对驱动系统的不确定参数进行估计.最后利用Adams-Bashforth-Moultom算法进行数值仿真,仿真结果表明该方法是有效可行的.     

基于多响应频响函数的加筋壁板结构模型修正

针对有限元模型中结构特征的简化以及连接界面的处理给分析结果引入的误差,提出一种基于多响应频响函数的模型修正方法。简要介绍基于频响函数模型修正的基本原理,并以复杂加筋壁板结构为对象进行实例研究。首先,建立加筋壁板的各子结构模型,并采用连接单元将子结构模型组装成整体结构模型。其次,对加筋壁板结构进行动态测试与分析,根据对应的试验结果对模型中的材料参数、连接参数以及模态阻尼比进行修正。最后,分别对比修正前后结构的模态频率、频响函数,检验修正后模型的精度。研究结果表明:经过修正后的加筋壁板结构能复现用于修正的多响应频响函数,得到1个能同时反映结构加速度和应变特性的模型,从而验证了所提方法的有效性。     

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．