本发明专利技术公开了一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法及系统，所述方法包括以下步骤：建立带有连接关系的结构的初始有限元模型；对所述带有连接关系的结构进行模态试验；对有限元模型进行仿真计算，获得仿真结果；将仿真结果与试验结果进行对比，获得结果误差；采用优化算法传递结果误差，并对连接层网格进行修正，将修正后的有限元模型进行仿真计算，获得修正后的仿真结果；迭代至预设收敛条件，获得修正后的最终有限元模型，完成有限元建模、修正。本发明专利技术采用连接层网格对工程结构中的连接部分进行等效建模，并采用多目标粒子群算法对网格参数进行修正得到准确的有限元模型。模型。模型。
【技术实现步骤摘要】
一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法及系统
[0001]本专利技术属于航空航天
，特别涉及一种基于多目标粒子群算法的有限元模型修正方法及系统。
技术介绍
[0002]针对于大型实际工程项目，由于其结构中存在各种各样的连接关系，连接结构的建模误差会导致所得模型不能很好地描述结构动力学特性，因此采用单一的有限元建模方法很难准确的获得复杂结构的动力学参数。一种有效的解决方法是通过试验得到具有较高可信度的模态参数与有限元仿真得到的模态参数进行相关分析，根据相关分析的结果对原始有限元模型进行修改和优化，直至得到具有较高模态置信度的有限元模型。
[0003]在对结构中的连接部位进行建模时，传统方法采用节点等效或设置弹簧单元的方法进行等效建模。但这些方法与实际结构相差较大，不能很好地描述结构动力学特性。Beer提出用连接层网格连接结构中的不同部件，并根据实际试验结果对结构层网格中的参数进行修正。但修正过程需要研究人员具有相当的工程经验并进行反复的调试。为解决这一问题，Farhad Adel提出一种基于遗传算法的模型优化方法，采用遗传算法来对连接层材料参数进行优化。但该算法优化目标为多阶模态频率的加权值，会导致结果对某一阶修正效果最好的同时却对其他阶数的固有频率逼近效果较差。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于多目标粒子群算法的有限元模型修正方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术采用连接层网格对工程结构中的连接部分进行等效建模，并采用多目标粒子群算法对网格参数进行修正得到准确的有限元模型。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术的一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法，包括以下步骤：
[0007](1)建立带有连接关系的结构的初始有限元模型，并对其赋予初始材料参数；其中，所述初始有限元模型中，用连接层网格表示结构中的连接关系；
[0008](2)对所述带有连接关系的结构进行模态试验，获得用于修正模型的试验结果；
[0009](3)对步骤(1)建立的有限元模型进行仿真计算，获得仿真结果；将仿真结果与步骤(2)获得的试验结果进行对比，计算获得结果误差；采用优化算法传递结果误差，并对连接层网格进行修正，将修正后的有限元模型进行仿真计算，获得修正后的仿真结果；将修正后的仿真结果与步骤(2)获得的试验结果进行对比，计算获得修正后的结果误差；迭代至预设收敛条件，获得修正后的最终有限元模型，完成有限元建模、修正。
[0010]本专利技术的进一步改进在于，步骤(1)中，所述连接层网格的材料为各项异性材料，三个方向的弹性模量分别用于表征三个方向的弹簧刚度。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，步骤(3)中，在确定优化目标前还包括：基于结构工作
所面临的激励形式，计算其前若干阶模态的加权误差，并以此作为优化的适应度函数。
[0012]本专利技术的进一步改进在于，步骤(3)中，在火箭橇试验中，适应度函数的表达式为：
[0013][0014]式中，Ω
i_Sim
为仿真计算得到的第i阶固有频率；Ω
i_test
为试验测得的第i阶固有频率；v为火箭橇运行速度；a，b，ρ为常数，根据路谱数据拟合得到。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，步骤(3)中，具体采用多目标粒子群算法，实现对模型参数的优化修正。
[0016]本专利技术的进一步改进在于，步骤(3)中，修正的具体步骤包括：
[0017]Step.1：设置潜在解个数，并随机设置潜在解的初始值，分别根据所述潜在解设置材料参数并计算相应的误差；
[0018]Step.2：在各潜在解之间进行误差传递，按以下规则对潜在解在解空间的位置和运动速度进行更新：
[0019]式中，X
pbest
为个体最优解，表征某一潜在解在其迭代过程中最优的结果；X
gbest
为全局最优解，表征群体在整个过程中最优的结果；V表示潜在解的运动速度；w为惯性因子；c1、c2分别为自我学习因子、群体学习因子，分别表征潜在解从全局最优与个体最优中获得信息的程度；r1,r2为[0,1]之间的随机数，用于保持潜在解的多样性；X为潜在解在解空间的位置；
[0020]Step.3：对更新后位置的潜在解进行新一轮的仿真与误差计算，更新优势解的解集；
[0021]Step.4：迭代至达到收敛条件并获得最终的优势解解集。
[0022]本专利技术的进一步改进在于，步骤(3)中，预设收敛条件为预设步数或结果误差满足预设阈值。
[0023]本专利技术的一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正系统，包括：
[0024]初始有限元模型获取模块，用于建立带有连接关系的结构的初始有限元模型，并对其赋予初始材料参数；其中，所述初始有限元模型中，用连接层网格表示结构中的连接关系；
[0025]模态试验结果获取模块，用于对所述带有连接关系的结构进行模态试验，获得用于修正模型的试验结果；
[0026]优化修正模块，用于对建立的有限元模型进行仿真计算，获得仿真结果；将仿真结果与试验结果进行对比，计算获得结果误差；采用优化算法传递结果误差，并对连接层网格进行修正，将修正后的有限元模型进行仿真计算，获得修正后的仿真结果；将修正后的仿真结果与试验结果进行对比，计算获得修正后的结果误差；迭代至预设收敛条件，获得修正后的最终有限元模型，完成有限元建模、修正。
[0027]本专利技术的进一步改进在于，初始有限元模型获取模块中，所述连接层网格的材料为各项异性材料，三个方向的弹性模量分别用于表征三个方向的弹簧刚度。
[0028]本专利技术的进一步改进在于，优化修正模块中，具体采用多目标粒子群算法，实现对模型参数的优化修正。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术基于多目标粒子群算法，根据模态试验的结果，对结构整体以及连接处局部(连接层)网格材料参数进行优化，实现对多阶固有频率的同时逼近；获得可靠的有限元模型之后，可以利用该模型进行结构的动力学响应分析。
[0031]本专利技术中，针对具体结构进行有限元建模，对于有螺纹等连接关系的部位，在其原有模型基础上设置连接层网格，并根据实际需求设计连接层网格待优化的参数。对具体结构实物进行模态试验，获得用于修正模型的模态参数。基于具体结构工作所面临的激励形式，计算其前若干阶模态的加权误差，并以此作为优化的适应度函数。采用多目标粒子群算法，实现对模型参数的优化。
[0032]具体地，随着实际工程中需求的越来越多样，相应的结构设计也变的越来越复杂。但这些复杂的结构给工程设计分析人员带来了极大的困难，尤其是像螺纹连接这样的复杂结构，传统的MPC节点等效方法所建立的模型，在分析中往往会得到与实际差异极大的结果；本专利技术所提出的模型修正方法，很好地解决了这一问题，该方法采用设计连接层网格的方法，来对复杂结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立带有连接关系的结构的初始有限元模型，并对其赋予初始材料参数；其中，所述初始有限元模型中，用连接层网格表示结构中的连接关系；(2)对所述带有连接关系的结构进行模态试验，获得用于修正模型的试验结果；(3)对步骤(1)建立的有限元模型进行仿真计算，获得仿真结果；将仿真结果与步骤(2)获得的试验结果进行对比，计算获得结果误差；采用优化算法传递结果误差，并对连接层网格进行修正，将修正后的有限元模型进行仿真计算，获得修正后的仿真结果；将修正后的仿真结果与步骤(2)获得的试验结果进行对比，计算获得修正后的结果误差；迭代至预设收敛条件，获得修正后的最终有限元模型，完成有限元建模、修正。2.根据权利要求1所述的一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法，其特征在于，步骤(1)中，所述连接层网格的材料为各项异性材料，三个方向的弹性模量分别用于表征三个方向的弹簧刚度。3.根据权利要求1所述的一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法，其特征在于，步骤(3)中，在确定优化目标前还包括：基于结构工作所面临的激励形式，计算其前若干阶模态的加权误差，并以此作为优化的适应度函数。4.根据权利要求3所述的一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法，其特征在于，步骤(3)中，在火箭橇试验中，适应度函数的表达式为：式中，Ω
i_Sim
为仿真计算得到的第i阶固有频率；Ω
i_test
为试验测得的第i阶固有频率；v为火箭橇运行速度；a，b，ρ为常数，根据路谱数据拟合得到。5.根据权利要求1所述的一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法，其特征在于，步骤(3)中，具体采用多目标粒子群算法，实现对模型参数的优化修正。6.根据权利要求1所述的一种带有连接关系的结构的有限元建模、修正方法，其特征在于，步骤(3)中，修正的具体步骤包括：Step.1：设置潜在解个数，并随机设置潜在解的初始值，分别根据所述潜在解设置材料参数并计算相应的误差；Step.2：在各潜在解之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：董龙雷，吴有福，李宇东，严健，唐攀涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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