基于时域响应结构有限元模型修正方法研究

摘要

有限元模型修正是结构健康监测的重要内容之一，精确的有限元模型对结构动力特性预测及设计具有重要意义。由于结构的复杂性及分析过程中存在众多不确定因素，如建模简化、材料参数误差、边界条件等，都会使得有限元模型动力特性与实际结构动力特性之间存在出入，计算值和试验测量值不能很好的一致，这给结构状态评估和寿命预测都增加了难度。本文提出了基于时域响应的结构有限元模型修正方法，通过比较试验模型和有限元模型的时域响应，建立残差项和结构参数间函数关系式，得到时域响应面模型，在响应面模型基础上，通过优化计算对结构有限元模型参数进行修正。研究的内容主要包括以下几方面：
　　（1）对基于时域响应有限元模型修正方法的原理、研究现状和基本步骤做了介绍，然后引入一简支梁模型作为数值模拟算例，利用简支梁局部弹性模量降低来模拟损伤，采用基于时域响应有限元模型修正方法对其有限元模型进行修正，修正后的有限元模型时域响应与试验模型的时域响应很好的吻合，验证了该方法的有效性。
　　（2）对一简支梁进行锤击试验，并且利用试验测试数据对该简支梁有限元进行修正，修正后的有限元模型加速度响应和试验模型测得的加速度响应一致，表明修正后的有限元模型可以作为基准有限元模型来较准确地分析真实结构的力学性能。
　　（3）对五层框架结构有限元模型在试验模型分析数据中加入白噪声和不加白噪声两种不同工况下进行修正，结果表明两种工况下修正后的有限元模型都能计算出试验模型的时域响应，且在试验模型数据中不加入白噪声的优化结果要好于加入白噪声的优化结果。说明了基于时域响应的有限元模型修正方法可以用于真实框架结构的有限元模型修正，并且修正效果良好。
　　研究结果表明：基于时域响应结构有限元模型修正方法可减少有限元计算次数，提高模型优化效率，修正后有限元模型更能准确反应实际结构力学性能，可作为后期进行状态评估的基准有限元模型。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2有限元模型修正技术研究现状

1.3有限元模型修正中存在的主要问题

1.4本文主要工作

1.5本文研究技术路线图

第2章 结构振动测试及基于时域响应有限元模型修正方法的基本理论

2.1结构振动测试方法和基本理论

2.2基于时域响应结构有限元模型修正理论

2.3 本章小结

第3章 基于时域响应简支梁数值模拟有限元模型修正

3.1试验设计

3.2时域曲线对比及残差分析

3.3响应面模拟

3.4响应面精度检验

3.5响应面函数的优化求解

3.6有限元模型修正后时域曲线对比

3.7本章小结

第4章 简支梁试验测试及有限元模型修正

4.1简支梁振动测试试验

4.2简支梁有限元模型修正

4.3本章小结

第5章 基于时域响应框架结构有限元模型修正

5.1时域响应中不加白噪声有限元模型修正

5.2时域响应中加入白噪声有限元模型修正

5.3本章小结

总结和展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录A: 攻读硕士学位期间所发表的学术论文