螺栓连接框架结构的有限元模型修正

综合运用有限元仿真、试验模态测试和模型修正技术,对一个由螺栓连接的三层框架结构进行了动力学特性分析和响应预测,并对其中涉及到的相关问题进行了讨论。首先,采用不同类型单元分别建立结构的实体有限元模型、板-梁有限元模型以及三自由度集中参数模型,并进行模态计算。然后,对实际结构进行模态测试,并将三类模型的计算结果与测试数据进行对比,分析不同类型单元所建立模型的异同以及由螺栓连接的复杂性、加工装配的误差和材料参数的不准确等不确定因素对建模及计算误差所造成的影响,从而确定合理的修正参数。接着,用模态测试数据对模型参数进行修正,使得修正后的模型能够准确反映实际结构的固有频率和振型。最后,将测试获取的阻尼参数加到修正后的模型上,进行冲击激励下的响应预测,并与实际结构的测试结果进行对比,取得了满意的结果。     

半刚性连接钢框架稳定性的刚重比控制方法

通过对构件转角-位移方程的修正,推导了半刚接梁单元线刚度修正系数。用等效水平力方法,推导了结构临界重力荷载,提出了用对结构刚重比的控制来进行半刚接钢框架考虑重力二阶效应的稳定计算方法。算例结果表明:连接的半刚性对结构稳定的影响非常大,在该类型钢框架计算时,必须考虑连接刚度的影响。该方法使用方便,计算结果精度高,便于工程设计。同时还计算分析了连接的初始刚度对结构位移和刚重比的影响。     

基于模态试验的对接圆柱壳结构有限元模型修正EI北大核心CSCD

壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型,采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化,实现有限元模型修正。通过模态试验获得对接圆柱壳结构的试验模态参数,采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析,提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型,采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数,多目标遗传算法用于优化响应面参数,最终将修正后的参数代入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率,结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小,进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。     

基于复模态实验数据的粘性阻尼矩阵的修正

在实际工程中,由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差,为了能够精确预测结构的动力响应,依据测量信息修正存在的动力模型是非常必要的。考虑用不完备复模态实验测量数据修正粘性阻尼矩阵的问题。在假定分析质量矩阵与刚度矩阵是精确的情况下,通过求解一个约束最优化问题,得到了满足特征方程的加权Frobenius范数意义下的最优对称修正矩阵。     

改进生成对抗网络及其在结构非线性模型修正中的应用

提出改进生成对抗网络（Generative Adversarial Network，GAN）并在结构非线性模型修正中成功应用。在改进的GAN中，通过引入代理模型的方式，增强网络判别器对非线性结构各节点响应关系特征的学习能力；为避免传统GAN存在的梯度消失问题，使用跳跃连接和密集连接等方式加强网络层之间的信息交流，并且通过引入组合目标函数，构建模型输入响应与输出参数之间的映射关系实现网络训练。在进行结构非线性模型修正时，结构的动力响应作为网络模型的输入，训练好的GAN模型能够根据输入数据的特征，输出非线性模型参数的最优值，从而实现结构非线性模型修正。通过对地震荷载作用下的12层钢筋混凝土框架结构进行数值模拟，验证了方法的可行性，并通过对比基于卷积神经网络的非线性模型修正结果，验证所提方法的优越性；最后进一步结合地震荷载作用下的悬臂铝梁振动台实验，验证了该非线性模型修正方法的可靠性。     

弹性支撑模型对火箭发射过程结构振动响应影响研究EI北大核心CSCD

固体火箭从发射筒发射过程中,采用弹性支撑降低火箭结构与发射筒内壁接触引起的冲击,弹性支撑力学模型对火箭发射过程中结构振动响应计算存在影响。利用多体动力学建立包含火箭、发射筒、弹性支撑在内的发射动力学模型,在火箭发射物理过程分析基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立火箭壳体与弹性支撑局部有限元模型,获得了火箭壳体与弹性支撑接触面积变化对支撑刚度影响规律,在此基础上,提出了用于火箭发射多体动力学建模的弹性支撑改进模型,求解弹性支撑模型改进前后火箭发射过程结构振动响应与弹性支撑支反力,分析了弹性支撑模型改进对结构振动响应的影响及其原因。结果表明:提出的弹性支撑改进模型可以准确描述火箭尾部结构脱离弹性支撑过程中接触面积逐渐变化到零的物理过程;与弹性支撑模型改进前相比,改进后结构弯矩响应峰值显著减小。该成果有助于准确评估火箭发射过程结构响应水平,对于火箭结构精细化设计具有工程意义。     

一种静态转子系统连接参数辨识方法

针对转子系统连接参数辨识问题,研究一种转子系统连接参数的辨识方法。以某型含膜盘联轴器的转子试验器为研究对象,建立转子系统有限元模型,将支承刚度、支承位置和膜盘联轴器连接刚度作为辨识参数,并进行参数灵敏度分析。基于大量仿真样本,采用支持向量回归(SVR)算法建立连接参数和固有频率之间的计算代理模型。在模态试验基础上,采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II),基于多阶固有频率建立多目标函数,利用多目标优化法,寻找转子连接参数在修正区间中的Pareto最优解,最终识别出转子系统的多个连接参数。与试验结果相比,修正后的动力学模型固有频率仿真结果:第1阶的精度达到97.62%;第2阶的精度达到99.70%。     

基于响应面法的结构动力学模型修正

为了获得精确的结构动力学模型,提出了响应面和优化相结合的方法。利用参数化模型和优化拉丁方试验设计获取样本点构造多项式响应面模型,最小二乘法确定多项式系数并检验响应面的拟合精度。用响应面计算结果与实验结果的误差构造目标函数,自适应模拟退火算法来优化修正响应面参数,将修正后的参数值带入有限元模型得到修正模型。以欧洲航空科技组织的基准模型GARTEUR飞机模型为算例,对比修正前后模态频率,结果表明修正后的模型在测试频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,进而验证了基于响应面法与优化方法相结合的结构动力学有限元模型修正的有效性。     

基于响应面的大型输电塔结构有限元模型动力修正

针对基于灵敏度分析的有限元模型动力修正方法计算效率较低、迭代收敛慢的不足,将响应面法引入500 kV大跨越输电塔基准模型修正.选择塔脚弹性支承刚度为修正参数,依次进行单因素试验、样本值计算、响应面建立与分析、参数优化.修正后,有限元模型非常准确地复现了单塔横、纵两个方向的-阶弯曲动态特性,修正效果与基于灵敏度分析的模型修正方法接近,证明响应面法在有限元模型动力修正领域的应用价值.还探讨了塔架结构修正参数的选取问题,为相关研究提供参考.     

环境激励下基础隔震结构的主要动力特性研究

通过对两栋基础隔震建筑在环境激励下的振动测试,运用随机子空间识别法和有理分式多项式法分别识别了结构的模态频率、振型和模态阻尼比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本频率远大于设计计算多遇地震工况下的基本频率;等效黏滞阻尼比很小,与未隔震结构的阻尼比相当,可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以其中一栋为研究对象,以识别的模态参数作为修正基准,采用多目标优化的方法反演了环境激励下隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.9倍。最后,基于反演的实际隔震层的水平等效刚度对结构的初始有限元模型进行了修正,并对修正后的模型进行了数值分析,分析结果与实际测试结果的对比表明修正后的模型可以更好地反映基础隔震结构在环境激励下的动力特性。     

基于组件法的超大承载力端板连接节点弯矩-转角曲线计算方法

超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度,需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型,引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法,基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点,以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较,所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确,所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好,可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。     

阻尼矩阵与刚度矩阵的一种直接修正方法

提出了一种利用复模态测量数据同时修正有限元阻尼与刚度矩阵的有效方法。借助于矩阵的奇异值分解得到了满足动力方程的最小修正矩阵。该方法有一个简洁的表达式,修正过程简单而且容易实现,数值试验表明修改后的结构参数能准确地同试验值吻合。     

Component-based model of the behaviour of flexible end-plate connections at elevated temperatures

This paper describes a component-based model developed to predict the behaviour of flexible end-plate composite connections at elevated temperature. In the model the connection elements are treated as springs with predefined characteristics such as stiffness and strength. By assembling the characteristics of individual elements, the connection response can be predicted with increasing temperatures. Only those parameters representing the stiffness and strength are degraded with increasing temperatures. Comparison of the results from the model with existing test data generated good results especially in the elastic zone. Also, the predicted degradation of the connection stiffness and capacity compares well with the experimental results.     

H型钢梁与矩形钢管混凝土柱平齐式端板单边螺栓连接节点弯矩-转角分析模型

为预测通过平齐端板和单边螺栓连接的钢管混凝土节点的弯矩-转角关系,该文提出基于极限弯矩、初始转动刚度和形状参数的三参数指数模型。考虑节点的可能破坏模式,提出节点极限弯矩的计算方法,基于组件法建立节点初始转动刚度分析模型,仅需节点构造尺寸和材料特性便可得到节点的极限弯矩和初始转动刚度预测值。弯矩-转角关系模型、极限弯矩计算方法、初始转动刚度模型和预测的节点破坏模式与试验结果均吻合较好。该文提出的分析模型简便、准确,避免大量试验研究和有限元模拟,能够适用于半刚性组合框架节点的分析和设计。     

基于局部静力测试的约束子结构修正法

针对局部子结构为修正对象的情况,提出只利用整体结构中局部子结构部分的静力位移即可精确修正子结构模型的约束子结构方法。首先利用静力测试获得局部子结构所对应的局部柔度矩阵,通过在子结构边界处施加虚拟固定支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出该约束子结构相应的柔度矩阵。然后利用柔度扰动新方法优化修正约束子结构,即等同于修正相应的子结构模型,从而可对该子结构的损伤状况作出评估。以一个平面桁架结构为例对所提方法进行了验证。结果表明,所提方法合理可靠,计算简单快捷且精度良好。     

一种海洋平台广义模型修正方法的研究

针对导管架式海洋平台结构的广义模型修正问题，提出了先修正模态振型后修正模态频率的试验方法。首先利用损伤检测方法识别出试验模型中与初始有限元模型有刚度偏差的杆件单元并采用反复迭代修正的方法进行了有限元模型模态振型的修正；然后将地基模拟为三维弹性支承并对其进行优化设计来实现有限元模型模态频率的修正；通过力锤激励下海洋平台的模型试验验证了此方法的可行性，为长期服役且原型结构未测的海洋平台的损伤检测、安全评估研究提供了基础。     

钢框架平端板连接组合节点弯矩-转角关系

端板连接节点是多高层钢框架结构体系中经常采用的梁柱连接形式,当考虑现浇钢筋混凝土楼板的作用并有足够的抗剪连接件时则形成了端板连接组合节点,楼板对组合节点承载力和刚度都有贡献。基于ABAQUS软件建立了考虑楼板组合作用影响的端板连接梁柱组合节点的三维有限元数值分析模型,并分别用有关研究者完成的无楼板钢框架端板节点及考虑楼板作用的组合节点的试验结果对理论模型进行了验证,总体上数值模拟结果和试验结果吻合良好。基于该数值模型进行了平端板连接组合节点力学性能影响因素的参数分析,探讨了楼板、柱腹板加劲肋、楼板配筋率、端板厚度、梁截面高度等参数对组合节点力学性能的影响,在此基础上对欧洲规范建议的弯矩-转角关系模型进行了必要修正,最终提出了可反映楼板作用的平端板连接组合节点弯矩-转角关系实用模型。本文模型计算结果与有限元结果吻合良好,可为进一步研究该类节点的设计方法提供参考。     

Evaluation of non-linear behavior of timber–concrete composite structures using FE model

This article describes a numerical model that was developed for the analysis of composite timber–concrete beams. This model presents a simplified methodology for determining the effective bending stiffness of the timber–concrete composite structure. It is based on previous work done usually referred to in some non-normative literature by γ-method. The implemented methodology assumes some simplifications, as for instance, linear elastic behavior of all components, constant stiffness of the connection and sinusoidal loading. For comparison purposes, the work benefits from an experimental program in which full-scale beams were tested in bending and timber–concrete connections were tested in shear. The FE model has shown the ability to overcome the simplifications of the Eurocode, namely the variation of shear force along the beam axis. The numerical model is capable of detecting and quantifying the influence of the non-linear behavior of the connections on the composite structure. Different parameters are analyzed and, for instance, the ductility behavior of the timber–concrete connection could be more important than the maximum strength, which is an interesting result. By comparing theoretical predictions with test results, it is clear that the numerical model used in this work is a very interesting method when compared with the usual design models, such as that of Annex B of Eurocode 5 (EN 1995-1-1). The influence of the connections behavior on the ultimate load of the composite structure is very important and the described approach proved to give good predictions.     

一种利用模态测量数据修正刚度矩阵的新方法

模型修正即为利用模态测量数据修正存在但不准确的有限元模型。本文在假定有限元模型的质量矩阵与刚度矩阵均为对称非负定矩阵,并且质量矩阵是精确的情况下,提出了一种修正刚度矩阵的新方法。该方法借助于矩阵的Kronecker积与拉直算子,把需修正的变量分离出来直接对其进行修正运算,得到了满足特征方程与正交性条件的最逼近有限元刚度矩阵的唯一修正矩阵。该方法不仅保证了修正矩阵带状稀疏的特点,而且修正过程简单易行。数值例子验证了该方法的有效性。     

冷弯薄壁型钢锁铆连接力学性能及其本构模型研究

为将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构中构件的连接,对锁铆连接及自攻螺钉连接的试件进行了抗拉、抗剪性能试验,探讨了铆钉端距、基板厚度差、铆钉长度等参数对锁铆连接抗剪性能的影响;基于传染病传播动力学SIR模型建立了铆接本构模型,提出了锁铆连接抗剪承载力设计计算方法。研究结果表明:锁铆连接的主要破坏模式为延性破坏模式,表现为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部局部脱离上层板材,且刚度、强度和耗能性能均明显优于自攻螺钉连接;所建立的本构模型能够较精确反映锁铆连接荷载-变形曲线的变化趋势,且抗剪承载力的理论值和试验值误差较小;锁铆连接用于冷弯薄壁型钢板间连接时,其组合厚度不宜大于4 mm,厚板与薄板的厚度比不宜大于1.5,锁铆接头的端距应大于2倍铆钉直径。