一种车站结构模型修正分析方法及系统技术方案

本发明专利技术属于有限元分析领域，具体提供一种车站结构模型修正分析方法及系统，包括S1，对车站结构建立有限元模型，指定所述有限元模型中感兴趣的单元为设计变量；S2，从每部分选出感兴趣的单元，并把其中材料相同的单元作为超单元处理，每个超单元增加贡献一个设计变量，每个设计变量的材料性质分别赋予一个弹性模量；S3，对各所述超单元进行敏感性分析得到Spearman等级相关系数；S4，将各超单元的Spearman等级相关系数的绝对值与预设值比较以删除不合格的设计变量；S5，对筛选后的模型进行优化分析得到优化修正后的模型。通过对大型的有限元分析软件进行二次开发，参数化建模并利用优化模块实现了对模型的修正，提高了后续模型的数据分析精度。续模型的数据分析精度。续模型的数据分析精度。

【技术实现步骤摘要】
一种车站结构模型修正分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及有限元分析领域，更具体地，涉及一种车站结构模型修正分析方法及系统。

技术介绍

[0002]结构健康监测广泛应用于航空航天、土木工程及桥梁的安全。但是在实际应用健康监测到大型车站结构寿命评估时，存在以下问题使得评估结果不够准确：
[0003](1)测量信息不完备。由于测量得到的频率和模态信息不够，导致模型修正的结果不唯一。例如修改单元刚度时，如果测量得到的频率和模态数量远远比单元数少，就无法唯一地确定刚度的修正参数。这样得到的模型不唯一，因此无法准确预测结构寿命。
[0004](2)缺少高阶模态。环境在和激励下结构的高阶模态无法激励出来，故可靠的结构健康系统必须利用结构的低阶模态信息进行损伤诊断。而应力和高阶模态关系较大，因此应力的估计可能不准确，因而用应力来估计结构寿命时也难以得到准确的结果。
[0005](3)损伤指标敏感程度不够，未能有效地区别结构是否出现异常。
[0006]因此，在分析结构的寿命时，传统建模缺陷大，采用具有缺陷的模型分析已经无法满足实际工程需要。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种车站结构模型修正分析方法及系统。
[0008]本专利技术提供了一种车站结构模型修正分析方法，包括以下步骤：
[0009]S1，对车站结构建立有限元模型，指定所述有限元模型中感兴趣的单元为设计变量；
[0010]S2，从每部分选出感兴趣的单元，并把其中材料相同的单元作为超单元处理，每个超单元增加贡献一个设计变量，每个设计变量的材料性质分别赋予一个弹性模量；
[0011]S3，对各所述超单元进行敏感性分析得到Spearman等级相关系数；
[0012]S4，将各超单元的Spearman等级相关系数的绝对值与预设值比较以删除不合格的设计变量；
[0013]S5，对筛选后的模型进行优化分析得到优化修正后的模型。
[0014]可选地，所述设计变量包括屋顶网架上弦杆件、屋顶网架下弦杆件、屋顶网架腹杆杆件、夹层网架上弦、夹层网架下弦、夹层网架腹杆、候车层梁、站台层、承轨层、屋盖柱子、夹层柱子、承轨层以上柱子及承轨层以下柱子。
[0015]可选地，所述S3具体包括：随机输入参数取为各超单元的弹性模量，随机输出参数根据目标函数J取值为：
[0016][0017]其中，f
i
是状态变量取各阶振型所对应的频率，f
i*
是试验测得的各阶频率值，所述状态变量是约束设计变量的函数。
[0018]可选地，所述S4具体包括：以预设值0.025为界，若Spearman等级相关系数的绝对值小于0.025则表示该设计变量不合格并删除。
[0019]可选地，所述S5具体包括：对设计变量的变化范围进行限值如下：
[0020]0.5E
i
≤p
i
≤1.5E
i
E
i
为设计变量对应的弹性模量，P
i
为对应设计变量的参数约束值。可选地，所述S5具体包括：对状态变量的变化范围进行限值如下：
[0021]0.7f
i*
≤f
i
≤1.3f
i*
[0022]其中，f
i
是状态变量取各阶振型所对应的频率，f
i*
是试验测得的各阶频率值，所述状态变量是约束设计变量的函数。
[0023]可选地，所述S5具体包括：对筛选后的模型先采用一阶算法优化求解，然后通过零阶算法校核。
[0024]本专利技术还提供了一种车站结构模型修正分析方法系统，包括：
[0025]有限元分析模块，用于对车站结构建立有限元模型，指定所述有限元模型中感兴趣的单元为设计变量；
[0026]二次开发模块，用于从每部分选出感兴趣的单元，并把其中材料相同的单元作为超单元处理，每个超单元增加贡献一个设计变量，每个设计变量的材料性质分别赋予一个弹性模量；
[0027]数据修正模块，用于对各所述超单元进行敏感性分析得到Spearman等级相关系数，将各超单元的Spearman等级相关系数的绝对值与预设值比较以删除不合格的设计变量，对筛选后的模型进行优化分析得到优化修正后的模型。
[0028]有益效果：本专利技术提供的一种车站结构模型修正分析方法及系统，包括S1，对车站结构建立有限元模型，指定所述有限元模型中感兴趣的单元为设计变量；S2，从每部分选出感兴趣的单元，并把其中材料相同的单元作为超单元处理，每个超单元增加贡献一个设计变量，每个设计变量的材料性质分别赋予一个弹性模量；S3，对各所述超单元进行敏感性分析得到Spearman等级相关系数；S4，将各超单元的Spearman等级相关系数的绝对值与预设值比较以删除不合格的设计变量；S5，对筛选后的模型进行优化分析得到优化修正后的模型。通过对大型的有限元分析软件进行二次开发，参数化建模并利用优化模块实现了对模型的修正，提高了后续模型的数据分析精度。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提供的一种车站结构模型修正分析方法流程图；
[0030]图2为本专利技术提供的一种车站结构模型修正分析方法的一阶方法目标函数随迭代次数变化曲线图；
[0031]图3为本专利技术提供的一种车站结构模型修正分析方法的零阶方法目标函数随迭代
次数变化曲线图；
[0032]图4为本专利技术提供的一种车站结构模型修正分析方法的二次优化即可得到优化修正后各参数的改变率。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0034]图1为本专利技术提供的一种车站结构模型修正分析方法流程图，如图1所示，方法包括：
[0035]S1，对车站结构建立有限元模型，指定所述有限元模型中感兴趣的单元为设计变量；
[0036]S2，从每部分选出感兴趣的单元，并把其中材料相同的单元作为超单元处理，每个超单元增加贡献一个设计变量，每个设计变量的材料性质分别赋予一个弹性模量；
[0037]S3，对各所述超单元进行敏感性分析得到Spearman等级相关系数；
[0038]S4，将各超单元的Spearman等级相关系数的绝对值与预设值比较以删除不合格的设计变量；
[0039]S5，对筛选后的模型进行优化分析得到优化修正后的模型。
[0040]该方法是基于ANSYS软件进行分析，由于车站结构单元数较多，而ANSYS设计变量个数不能超过60个，因此不可能针对每个单元进行修正。所以需要指定设计变量，即待修正的参数。在一个具体的实施场景中，通过对车站结构建模得到有限元模型具有107299个单元。根据车站的结构特点，将整个车站结构分为13个部分，分别为屋顶网架上弦杆件、屋顶网架下弦杆件、屋顶网架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车站结构模型修正分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，对车站结构建立有限元模型，指定所述有限元模型中感兴趣的单元为设计变量；S2，从每部分选出感兴趣的单元，并把其中材料相同的单元作为超单元处理，每个超单元增加贡献一个设计变量，每个设计变量的材料性质分别赋予一个弹性模量；S3，对各所述超单元进行敏感性分析得到Spearman等级相关系数；S4，将各超单元的Spearman等级相关系数的绝对值与预设值比较以删除不合格的设计变量；S5，对筛选后的模型进行优化分析得到优化修正后的模型。2.根据权利要求1所述的车站结构模型修正分析方法，其特征在于，所述设计变量包括屋顶网架上弦杆件、屋顶网架下弦杆件、屋顶网架腹杆杆件、夹层网架上弦、夹层网架下弦、夹层网架腹杆、候车层梁、站台层、承轨层、屋盖柱子、夹层柱子、承轨层以上柱子及承轨层以下柱子。3.根据权利要求1所述的车站结构模型修正分析方法，其特征在于，所述S3具体包括：随机输入参数取为各超单元的弹性模量，随机输出参数根据目标函数J取值为：其中，f
i
是状态变量取各阶振型所对应的频率，f
i*
是试验测得的各阶频率值，所述状态变量是约束设计变量的函数。4.根据权利要求3所述的车站结构模型修正分析方法，其特征在于，所述S4具体包括：以预设值0.025为界，若Spearman等级相关系数的绝对值小于0.025则表示该设计变量不合格并删除。5.根据权利要求4所述的车站结构模型修正分析方法，其特征在于，所述S5具体包括：对设计变...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健，沈磊，鲍华，赵鹏飞，熊学炜，彭俊，张高明，刘桥，徐鹏辉，方显，刘昶，吴亮，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：