结构动力学有限元模型修正的目标函数及算法

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1、第26卷第2期应用力学学报V01．26No．22009年6月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSJun．2009文章编号：1000—4939(2009)02—0288—09结构动力学有限元模型修正的目标函数及算法杨智春王乐李斌刘江华。(西北工业大学710072西安)(第一飞机设计研究院710089西安)摘要：结构动力学有限元模型修正是结构动力学领域的一个热点问题，回顾了结构动力学有限元模型修正研究的发展历史和现状，简要评述了结构动力学有限元模型修正所使用的设计变量，着重阐述了各种结构动力学有限元模型修正方法中所使用的目标函数及修正算法，讨论了工程结构动力学有限

2、元模型修正的一些策略，最后对结构动力学有限元模型修正技术的发展进行了总结和展望。关键词：动力学有限元模型；模型修正；目标函数；修正算法；设计变量中图分类号：TB123文献标识码：A(modelvalidation)。1引言人工修改就是建模人员通过一些工程经验，人工调整理论模型中一些初始参数。人工修改方法不在结构工程的许多问题中，如飞行器颤振特性需要复杂的理论推导，但只有在建模人员具有相当分析、结构健康监测、结构振动控制和结构动力学特丰富的有限元建模工程经验，并对结构的动力学特性评估等，建立一个较高质量的结构动力学有限元性有一定了解的前提下，才能得到较高质量的理论模型是解决问题的关键，结构

3、动力学有限元模型修模型。而且，在经验和信息不足的情况下对模型进正技术成为结构动力学的一个研究热点。然而，通行人工修改，有时不仅不能提高模型的质量，反而会过设计方案直接建立结构的有限元模型时，由于对导致模型质量下降。因此，人工修改一般应用于一真实结构作了相当大的力学简化，在通常情况下并些简单结构的动力学模型修正，或者用于模型修正不能准确的反映结构的动力学特性，这时就需要利的初期阶段。用实验测试的动力学数据对该有限元模型进行修计算模型修正，简称模型修正，它是建模人员利正。通常情况下，动力学模型修正就是在一定的范用结构动力学理论和某种优化算法，编程后由计算围内，采用某种方法，修改在建立理论模型

4、时采用的机自动完成模型修正过程。计算模型修正一般需要某些初始参数，包括理论模型的物理参数(如密度、较为复杂的优化计算过程，但随着计算机技术的迅弹性模量)、几何尺寸(如截面面积)以及边界条件速发展，这些问题大都得到了很好的解决，同时计算等，以使得由理论模型计算得到的动力学特性尽可模型修正由于使用了优化算法，所以从理论上讲，能能与实际结构一致。够得到质量更高的理论模型。结构动力学有限元模型修正技术发展至今，大模型确认是近几年提出的一个新概念，它是指致可分为三个层次：人工修改，计算模型修正(eom—通过计算和实验两个方面的分析，对有限元模型在putationalmodelupdating，CM

5、U)以及模型确认设计空间的响应预报精度进行评价和确认，并在此*基金项目：教育部新世纪优秀人才资助计划(NCET-04—0965)；航空科学基金(04153072)；高等学校博士学科点专项科研基金(20060699001)来稿日期：2007—12—20修回日期：2008—06—04第一作者简介：杨智春，男，1964年生，西北工业大学航空学院，教授；研究方向——飞机气动弹性、智能结构、振动控制及结构健康监测。E-mail：yangzc@nwpu．edu．ca第2期杨智春，等：结构动力学有限元模型修正的目标函数及算法289基础上进行模型修正，为进一步的应用提供精确可于灵敏性分析，并兼顾初始模型

6、的误差因素的来源，信的有限元模型以及响应的计算方法。文献[1]对选择那些对灵敏较高的设计参数]。此进行了较为详细的论述，文献[2]给出了模型确认有限元模型修正本质上属于一种结构优化问的五个基本步骤，如图1所示。这里，引用文献[3]题，因此除设计变量以外，目标函数以及修正算法是提出模型确认的四个指标来对有限元理论模型进行有限元模型修正的另外两个要素。目标函数就是模描述：①理论模型必须能重现模型修正过程中所使型修正所建立的描述理论模型特性与实验模型特性用的频带内的测试数据；②理论模型可以估计在模相关程度的一个表达式；修正算法就是模型修正所型修正过程中所使用的频带以外的测试数据；③理采用的计算

7、方法。本文从这两个方面，对近几年来论模型可以估计不同加载条件下的频响函数，而不模型修正方法的研究进展进行述评，并讨论了目前局限于模型修正过程中使用的加载条件；④理论模实际结构模型修正中的一些计算策略，给出一些结型可以估计结构变化以后的测试数据(如添加质量、论及展望。添加子结构或者改变边界条件)。其中第一个指标是对理论模型最低的要求，后面三个可以根据模型2模型修正所使用的目标函数的用途来判断是否需要满足。目标函数是描述理论模型特性与实