一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法技术

一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，涉及安全风险评估技术领域，包括：步骤1、建立有限元模型；步骤2、采用概率设计模块PDS对参数进行灵敏度分析，根据灵敏度分析结果对待修正参数进行选取，并分类为全局参数和局部参数；步骤3、对全局参数用传统响应面法进行修正，局部参数采用改进响应面法进行修正；步骤4、采用序列二次规划算法进行优化求解。本发明专利技术在建立叠合梁有限元模型时，设置了弹簧刚度的初始值，并且通过改进响应面法对该模型进行了模型修正，修正后的有限元模型静动力响应与实际结构吻合较好，从而验证了该方法的准确性与实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法
本专利技术涉及安全风险评估
，具体涉及一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法。
技术介绍
目前已知刘俊卿“基于三维弹簧联结模型的装配式叠合梁受力性能数值模拟研究”一文中为了全面考虑钢筋混凝土叠合梁叠合面上的相互作用，在混凝土叠合面上相对应结点之间采用3个线弹性弹簧单元联结来模拟混凝土叠合面之间的相互作用，分别代表沿联结面法向、纵向和横向的相互作用，使上下两层混凝土单元在外荷载的作用下通过弹簧单元传递内力叠合面法向的相互作用相当于只承受压力，法向的弹簧刚度取一个大值(近似取混凝土的弹性模量)，横向和纵向弹簧刚度取3×10-4(E1+E2)(E1为先浇混凝土弹性模量，E2为后浇混凝土弹性模量)。上述的叠合梁有限元模型的叠合面三维联结弹簧的刚度通常采用工程经验选取，但这样往往与实际结构存在误差，如果不进行修正，会使有限元模型无法与实际结构贴合。然而，在修正参数时，如果待修正的参数较多，通过传统的响应面法有限元模型修正，对全部参数拟合响应面模型，会导致响应面模型精度不足，且多响应同时修正很难将各个响应的残差控制在同一水平，修正结果大部分受残差较大的响应控制，而残差较小的响应很难在在修正过程中起到作用，这样残差较小的响应便失去了意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，包括：步骤1、建立有限元模型；步骤2、采用概率设计模块PDS对参数进行灵敏度分析，根据灵敏度分析结果对待修正参数进行选取，并分类为全局参数和局部参数；步骤3、对全局参数用传统响应面法进行修正，局部参数采用改进响应面法进行修正；步骤4、采用序列二次规划算法进行优化求解。优选的，所述的步骤1中，利用ANSYS建立叠合梁有限元模型，忽略钢筋与混凝土之间的黏结滑移作用；混凝土采用Solid65单元模拟，纵筋与箍筋均采用Link8单元模拟，为防止有限元模型两端支座处产生应力集中导致试件开裂，在梁模型边界条件处设置钢垫块，钢垫块采用Solid45单元进行模拟，考虑“试验”过程中边界条件，采用线性弹簧单元Combin14单元模拟试验梁两端支座竖向刚度。优选的，所述的步骤1中，为了模拟叠合梁预制部分与现浇部分的相对滑移，在叠合面插入由Combin14单元组成的三维联结单元，三个方向分别代表沿叠合面法向、纵向和横向的相互作用，使上下两层混凝土单元通过弹簧单元传递内力，其中横向与纵向弹簧单元刚度相同。优选的，所述的步骤2中，根据灵敏度分析结果选取混凝土弹性模量E、混凝土密度DS、左侧支座竖向弹簧刚度K1、右侧支座竖向弹簧刚度K2、叠合面三维联结弹簧纵向及横向刚度K3、叠合面三维联结弹簧法向刚度K4为待修正参数。优选的，所述的步骤2中，灵敏度分析后，根据待修正参数对动力响应与静力响应的灵敏度不同，分为对频率响应敏感的全局参数、及对位移与振型响应敏感的局部参数。优选的，所述的步骤2中，全局参数包括：混凝土弹性模量与混凝土密度；局部参数包括：叠合面三维联结弹簧纵向及横向刚度与法向刚度，两端支座竖向弹簧刚度。优选的，所述的步骤3中，选用高斯径向基函数对响应面模型进行改进，如式(7)所示：式中，φ(r)表示基函数(径向基函数是以样本点与待测点之间的欧氏距离为变量的函数，基函数通常用φ(r)表示)，c表示基函数的形状参数，e表示自然常数2.71，r表示试验设计空间内任意一点到某一中心点的径向距离，其中c通过工程经验或多次试验取得。优选的，所述的步骤3中，所述的改进响应面法的过程如下：首先进行试验设计，在参数取值范围内随机抽取一组样本点，利用有限元计算其响应值；接着，对样本点与响应值进行拟合，得到二次响应面模型并检验响应面模型精度；然后，利用二次响应面函数表达式计算得到的响应值与原模型计算得到的响应值做差，得到响应面模型残差；然后，利用径向基函数对残差进行插值拟合，将得到的径向基函数与二次响应面模型相加便得到新的响应面模型函数；在得到新的响应面函数后，对响应面进行精度检验，若不能满足响应面精度要求，则代表响应面精度较低，继续计算残差并计算径向基函数，再次与新的响应面函数相加，利用径向基函数改进响应面模型，重复上述步骤，直到响应面模型的精度满足要求，此时，得到最终响应面模型。优选的，所述的步骤4中，采用序列二次规划算法对目标函数(目标函数是指有限元模型修正模型修正的迭代函数)进行优化求解。本专利技术一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法的有益效果为：1、本专利技术的数值模拟过程中叠合面的建模方式采用三维弹簧联结单元，设立三个方方向下的弹簧刚度，从而根据数值模拟的粘结滑移量和实际数值进行对比，精度更高。2、本专利技术的有限元模型建立后，首先根据灵敏度分析筛选待修正参数并对参数进行分类，分为全局参数与局部参数，首先对全局参数进行修正，修正结束后将全局参数修正值带入初始有限元模型中作为局部修正的初始模型，局部修正过程中通过高斯径向基函数对局部参数的响应面模型进行改进从而提高响应面模型精度。3、本专利技术在建立叠合梁有限元模型时，设置了弹簧刚度的初始值，并且通过改进响应面法对该模型进行了模型修正，修正后的有限元模型静动力响应与实际结构吻合较好，从而验证了该方法的准确性与实用性。附图说明图1、本专利技术叠合面三维联结弹簧示意图；图2、T形叠合梁有限元模型；图3、叠合面三维联结弹簧；图4、改进响应面法模型修正流程图；图5、叠合梁改进响应面法有限元模型修正流程图；具体实施方式以下所述，是以阶梯递进的方式对本专利技术的实施方式详细说明，该说明仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。如图1-5所示：一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，包括：步骤1、建立有限元模型；步骤2、采用概率设计模块PDS对参数进行灵敏度分析，根据灵敏度分析结果对待修正参数进行选取，并分类为全局参数和局部参数；步骤3、对全局参数用传统响应面法进行修正，局部参数采用改进响应面法进行修正；步骤4、采用序列二次规划算法进行优化求解；所述的步骤1中，利用ANSYS建立叠合梁有限元模型，忽略钢筋与混凝土之间的黏结滑移作用；混凝土采用Solid65单元模拟，纵筋与箍筋均采用Link8单元模拟，为防止有限元模型两端支座处产生应力集中导致试件开裂，在梁模型边界条件处设置钢垫块，钢垫块采用Sol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，其特征为：包括：步骤1、建立有限元模型；步骤2、采用概率设计模块PDS对参数进行灵敏度分析，根据灵敏度分析结果对待修正参数进行选取，并分类为全局参数和局部参数；步骤3、对全局参数用传统响应面法进行修正，局部参数采用改进响应面法进行修正；步骤4、采用序列二次规划算法进行优化求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，其特征为：包括：步骤1、建立有限元模型；步骤2、采用概率设计模块PDS对参数进行灵敏度分析，根据灵敏度分析结果对待修正参数进行选取，并分类为全局参数和局部参数；步骤3、对全局参数用传统响应面法进行修正，局部参数采用改进响应面法进行修正；步骤4、采用序列二次规划算法进行优化求解。


2.如权利要求1所述的一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，其特征为：所述的步骤1中，利用ANSYS建立叠合梁有限元模型，忽略钢筋与混凝土之间的黏结滑移作用；混凝土采用Solid65单元模拟，纵筋与箍筋均采用Link8单元模拟，为防止有限元模型两端支座处产生应力集中导致试件开裂，在梁模型边界条件处设置钢垫块，钢垫块采用Solid45单元进行模拟，考虑试验过程中边界条件，采用线性弹簧单元Combin14单元模拟试验梁两端支座竖向刚度。


3.如权利要求2所述的一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，其特征为：所述的步骤1中，为了模拟叠合梁预制部分与现浇部分的相对滑移，在叠合面插入由Combin14单元组成的三维联结单元，三个方向分别代表沿叠合面法向、纵向和横向的相互作用，使上下两层混凝土单元通过弹簧单元传递内力，其中横向与纵向弹簧单元刚度相同。


4.如权利要求3所述的一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，其特征为：所述的步骤2中，根据灵敏度分析结果选取混凝土弹性模量E、混凝土密度DS、左侧支座竖向弹簧刚度K1、右侧支座竖向弹簧刚度K2、叠合面三维联结弹簧纵向及横向刚度K3、叠合面三维联结弹簧法向刚度K4为待修正参数。


5.如权利要求4所述的一种基于动静力数据的叠合梁有限元模型修正方法，其特征为：所述的步骤2中，灵敏度分析后，根据待修正参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘才玮，徐恒志，苗吉军，侯东帅，肖建庄，王甫来，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37