多自由度非线性结构参数识别的鲁棒性研究

由于多自由度非线性结构参数识别是反问题,其解具有不确定性,为提高识别效率及识别结果的精度,基于序列二次规划法并通过数值试验分析研究影响参数识别鲁棒性能的各个因素.研究结果表明:噪声不影响识别效率但影响识别结果精度;基于时域信息构建优化目标函数时,时程长度影响识别效率和识别结果的精度,一般时程长度选取8倍结构基本周期时能取得较好效果;在描述非线性力学行为时,Bouc-Wen模型相比双线性模型适应性更强,具有更好的识别效果;非线性结构在激励强度较大情况下识别得到的参数值更具可靠性;对相关性较弱参数,可通过分步骤识别,减小参数识别数量,从而提高参数识别效率.     

不确定成本下轴辐网络关键枢纽识别模型

为识别不确定运输成本下的轴辐网络关键枢纽,在枢纽阻断中位问题模型(r-Hub Interdiction Median Problem,r-HIMP)的基础上,采用不确定区间集合描述运输成本的不确定性,引入不确定性预算参数调节解的鲁棒性与最优性,构建不确定成本下的枢纽阻断中位问题模型(rHIMP under uncertain cost,r-HIMPUC),采用对偶与线性化方法将r-HIMPUC双层规划模型转化为单层线性规划模型,通过优化软件CPLEX求解并以算例验证了模型的有效性.结果表明:当不确定性预算参数为0时,模型r-HIMPUC等价于r-HIMP;当不确定性预算参数不为0时,模型r-HIMPUC与r-HIMP的关键枢纽识别结果存在差异.此外,运输成本的偏差、不确定性预算参数对关键枢纽识别结果有影响,决策者可根据风险偏好对不确定性预算参数取值.     

基于补偿控制器的可重复使用运载器自适应模糊姿态控制

针对可重复使用运载器再入段参数不确定性和外界干扰问题,提出一种基于补偿控制器的自适应模糊姿态控制策略.首先,建立飞行器六自由度动态模型,并将模型转化为严反馈形式姿态控制系统.其次,将外界干扰与参数不确定性共记为系统不确定性项,并设计模糊控制器进行在线自适应逼近.为消除模糊建模误差对系统控制性能与稳定性的不利影响,引入补偿控制器以改善飞行器姿态角跟踪性能.再次,基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性且姿态跟踪误差收敛于小邻域中.最后,基于类X-37B六自由度模型仿真验证了所提出控制策略的有效性.     

大跨度拱桥静动力试验与结构识别的实践

由于有限元建模中存在不确定性因素的影响,大跨度拱桥初始设计模型的理论分析结果与现场测试数据之间存在一定差异.为了消除模型校验技术中的认知不确定性和随机不确定性,从而更好地进行结构识别,本文以来华大桥和巴溪洲大桥为例,对其中若干关键问题进行了讨论.通过合理地现场勘察与精确的有限元模拟相结合,基于灵敏度分析方法进行不确定性参数筛选,并最终采用最小二乘法进行参数优化,实现了可靠的结构工作状况评估与响应预测.研究包括现场静动力试验、有限元模拟、模型校验、响应预测和校验合理性评估等.基于精确建模和模态参数的校验技术可以有效地减小有限元模型与现场静动力试验结果之间的误差,使用未经试验结果校验的设计模型,进行两座桥梁校验系数的评估,分别存在着21%和23%的误差.     

椎间盘材料参数识别的响应面法

针对椎间盘材料参数识别问题,提出了一种基于有限元反分析的响应面法.该方法采用Box-Behnken试验设计方法进行材料参数组合,利用有限元模型模拟不同材料参数组合的应变,以仿真结果和实验结果的均方根误差为目标函数,将具有交叉项的二次多项式作为响应面函数,通过回归分析确定其待定系数,经过方差分析对其进行简化,并对其精度进行验证.最后,应用响应面优化算法搜索最小化目标函数值的材料参数的组合.通过算例验证了采用响应面法识别的材料参数的仿真结果与实验结果具有较好的一致性.研究方法为识别其他生物力学材料参数提供了途径.     

基于MATLAB的主操作手运动学分析及仿真

为实现对泌尿外科微创手术机器人的远程操作,给出一种用于位姿定位的主操作手结构.首先,根据手术任务确定主操作手的运动形式和自由度;其次,采用改进的D-H法建立主操作手的运动学模型,分析其正、逆运动学和轨迹规划问题;最后,运用MATLAB软件对其进行运动学建模和仿真,得到主操作手的关节位移、关节速度、关节加速度随时间的变化曲线.结果验证了运动学模型的正确性和主操作手参数设计的合理性,为主操作手的进一步研制提供了理论基础.     

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PCA-SVM算法在岩性识别中的应用

针对岩性识别中传统方法识别率低且信息冗余的问题,建立PCA-SVM(主成分分析与支持向量机组合)岩性识别模型,即先利用主成分分析(PCA)进行参数处理,整合冗余,降低维数,后将处理得到的主成分作为支持向量机(SVM)测量模型输入的分类方法。在此过程中,优化主成分分析和支持向量机的参数,使模型具有较高的训练精度。结果表明,与传统的基于主成分分析的判别分析方法相比,预测结果与实际结果相比具有较好的一致性,识别准确率达100%。     

基于随机响应的隔震体系简化模型参数计算

为简化计算,将隔震结构等效为双自由度体系简化模型.论述了利用结构随机响应评判隔震简化模型参数几种不同取值方式的一般原则,建立了计算简化体系等效参数的多目标优化参数识别模型.取简化结构与原结构主要随机响应的方差作为目标函数,用结构基本周期等效的条件确定简化体系优化初值,并用复合形法进行交互式优化运算.文末采用一个实际隔震工程作为算例,显示了采用结构随机响应进行隔震结构简化模型等效参数识别的优越性.     

圆形地下连续墙场地动力反应分析的子结构方法

利用子结构方法对某超大直径圆形地下连续墙场地进行了动力反应分析.介绍了子结构分析方法的基本原理,探讨了主自由度节点的一般选取原则.采用等效线性化方法考虑土体非线性性质,并运用ANSYS参数化设计语言编制了场地土层模型的子结构方法计算分析程序.建立圆形地下连续墙场地计算模型,分别采用3种主自由度节点选取方法对其进行了动力计算分析.通过对比子结构方法和整体方法计算结果,验证了子结构分析计算方法的合理性及有效性.数值分析结果表明,若合理地选择主自由度节点,采用子结构方法可以在保证计算精度的基础上极大地提高计算效率.     

基于离散样本的一种最优化方法研究

探索一种解决结构优化设计问题的新思路.以一种新型直线电机的结构参数优化为例,通过建立电机的有限元计算模型及试验验证,获得了用于支持向量机回归建模的离散样本空间,建立了SVM回归模型,进一步采用遗传算法和混沌优化方法,对直线电机的结构参数进行了优化,获得了直线电机的较优结构参数.为最优化设计问题提供了一种新的思路,实践应用证实了该方法是有效可行的.     

锂离子电池的多状态模型剩余寿命预测方法

针对锂离子电池的容量恢复现象导致的剩余寿命预测精度不高的问题,提出了一种锂离子电池的多状态模型剩余寿命预测方法.首先通过分析锂电池的衰退数据将锂离子电池的退化过程分为正常退化、容量恢复和加速退化三种状态,然后分别对三种状态的退化过程进行建模并验证了模型的有效性,将3种状态的模型组合得到锂离子电池多状态容量衰退模型.然后基于建立的模型提出了粒子群优化粒子滤波算法,用于多状态容量衰退模型进行参数识别和状态更新.最后实现了锂离子电池的剩余寿命预测和预测结果的不确定性表达.与其他方法相比,实验结果表明:所提出方法精度更高,鲁棒性更强.     

基于高效差分敏度分析的谐响应形状优化

基于谐响应组合近似重分析方法,提出了近似-差分敏度求解策略.数值算例表明,在结构小扰动下,近似-差分结果具有足够的精度反映敏度信息,并克服了差分敏度求解计算量大的缺点.以结构体积最小为目标,自由度振幅为约束,建立了谐响应下的连续体形状优化模型,实现了结构形状优化设计;通过数值算例对不同结构参数和激励下的优化结果进行了对比分析,结果验证了方法和模型的可行性和有效性.     

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.     

多路阀阀芯节流槽拓扑结构组合的神经网络模型

针对多路阀设计中阀芯节流槽结构的拓扑形态表达和其流固耦合响应的大组合、大自由度解析问题,提出多路阀阀芯节流槽拓扑结构组合的神经网络模型。在利用多路阀动态特性台架实验验证其三维流体解析结果的基础上,将节流槽拓扑结构分类为由半圆槽、U型槽、圆孔等结构的参数化组合构成,通过正交实验法得到各参数组合条件下的多路阀三维流体解析响应,作为反向传播神经网络的训练样本,实现其节流槽拓扑结构组合的神经网络表达;采用进化神经网络优化训练过程的初始权重和阈值,优化后的神经网络能够对非训练样本集合的多路阀三维流体解析响应实现准确预测。研究结果表明,此模型为阀芯节流槽结构设计中拓扑形态表达提供了一种新的思路,对多路阀数字化设计具有实际意义。     

基于时变ARVX模型的结构参数识别

详述了线性多自由度结构的ARVX模型实现,通过一个输入输出完整情况下的实例分析,验证了时变ARVX模型用于结构时变参数识别的可行性,并对识别结果进行了分析.     

基于响应灵敏度法的时滞系统参数识别

基于灵敏度分析,结合Tikhonov正则化和置信域约束,将时滞系统的参数识别反问题转化为一个标准的非线性最小二乘优化问题,提出一种基于响应灵敏度法的时滞系统的参数识别方法。以一个单自由度的线性时滞系统模型为例,对加速度进行灵敏度分析,然后进行参数识别。参数识别的数值模拟表明:该方法能有效识别简单时滞系统的参数,且具有识别精度高、收敛速度快、对噪声不大敏感的优点。     

蚁群算法求解稳态传热反问题

针对热传导反问题的不适定性和非线性,为了改进热传导反问题的求解方法,考虑了材料非均质的影响,建立了稳态热传导有限元正演模型。根据测量温度信息,将热物性参数和边界条件的单一和组合识别问题归结为一个优化问题,进而利用基于网格划分策略的蚁群算法进行求解。探讨了参数取值范围和数据噪音对识别结果的影响,数值验证取得了令人满意的结果。     

基于SVM的多自由度结构非线性模型检验及参数确定

文章提出了一种基于支持向量机(support vector machine,SVM)的非线性结构模型验证和参数确定方法。首先建立了基于结构动力响应和外激励载荷的恢复力曲面;然后利用恢复力曲面得到刚度边际谱、阻尼边际谱及非线性指标,采用主成分分析法提取结构非线性指标,利用降维指标作为训练数据训练SVM分类器,用于检测存在的非线性;最后,采用正则化最小二乘法确定了结构非线性模型参数。在数值模拟中,采用1个非线性单自由度系统和1个非线性多自由度系统来验证该方法的有效性。数值仿真结果表明,该方法是一种有效的、噪声鲁棒性强的非线性模型验证和结构参数确定方法。     

基于MWMKPCA和CPI的间歇过程控制性能监测与评估

针对限定控制器结构下的间歇过程控制系统性能监测与评估的问题,采用引力搜索算法优化控制器参数,在最优控制参数的基础上得到控制性能较优的输出误差数据集;通过采用多种多元统计过程控制(MSPC)方法对数据集进行主元建模,用得到的主元模型对新的间歇过程批次进行在线监测,并提出一种基于控制图的综合控制性能指标(CPI)。仿真结果验证了采用移动窗口核主元分析法(MWMKPCA)在监测间歇过程控制性能时的准确性,同时验证了所提出的综合控制性能指标的有效性。