[發(fā)明專(zhuān)利]一種有限元模型優(yōu)化裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510870250.5
• 申請(qǐng)日: 2015-12-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105631090A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱菊;劉超峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心;中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬;鄧猛烈

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種有限元模型優(yōu)化裝置 及方法。

背景技術(shù)

一般大型結(jié)構(gòu)在激勵(lì)作用下受到的嚴(yán)重振動(dòng)及其造成的破壞，本質(zhì)而言都 是由于模態(tài)參數(shù)不合理造成的。結(jié)構(gòu)模態(tài)分析可以通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)(實(shí)物試驗(yàn)) 和有限元分析(虛擬試驗(yàn))兩種途徑實(shí)現(xiàn)。模態(tài)試驗(yàn)是航天器，例如飛機(jī)，重 要的大型地面試驗(yàn)之一，其目的是獲取固有頻率、阻尼比、陣型和陣型斜率等 模態(tài)參數(shù)供自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用。

在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，存在諸多動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題，比如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力 學(xué)問(wèn)題的分析，又如翼面或整機(jī)的顫振分析等，都需要有真實(shí)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛 度分析，才能使動(dòng)力學(xué)仿真分析的結(jié)果更加可靠和真實(shí)。在仿真過(guò)程中，而有 限元分析又存在模型建立過(guò)程中的材料屬性、約束條件和模型維數(shù)縮減等誤差， 使得有限元結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析有失真情況。為了補(bǔ)充和修正有限元建模可能存在 的偏差，通常采用模態(tài)置信度準(zhǔn)則(MAC)方法來(lái)解決。

然而，MAC方法雖然保證了某些模態(tài)計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)得的振形一致，但無(wú)法 確保模態(tài)階次的一致，例如，模態(tài)顛倒、丟失或增添的情況，那么得到一個(gè)較 真實(shí)的有限元分析模型，就為進(jìn)一步的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析提供可靠的分析模 型，為復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的縮聚提供真實(shí)的模態(tài)疊加矩陣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種有限元模型優(yōu)化方法及裝置，以解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模態(tài) 計(jì)算分析中有限元建模的失真問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種有限元模型優(yōu)化方法，包括：

通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法獲取結(jié)構(gòu)的固有頻率以及各階模態(tài)在試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)的 振形振幅；

建立結(jié)構(gòu)有限元模型，在試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)位置建立相應(yīng)的有限元節(jié)點(diǎn)；

計(jì)算結(jié)構(gòu)模態(tài)的頻率及各階模態(tài)在有限元節(jié)點(diǎn)的振形振幅；

建立試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)的振形振幅與相應(yīng)的有限元節(jié)點(diǎn)的振形振幅的差值形成一 階、二階或高階誤差；及

將上述各階誤差最小化以?xún)?yōu)化有限元模型，并使得模態(tài)計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)得的 階次、頻率和振形一致。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種有限元模型優(yōu)化裝置，包括：

試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)獲取模塊，用于通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法獲取結(jié)構(gòu)的固有頻率 以及各階模態(tài)在試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)的振形振幅；

有限元模型處理模塊，用于建立結(jié)構(gòu)有限元模型，在試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)位置建立 相應(yīng)的有限元節(jié)點(diǎn)；

所述有限元模型處理模塊，還用于計(jì)算結(jié)構(gòu)模態(tài)的頻率及各階模態(tài)在有限 元節(jié)點(diǎn)的振形振幅；

誤差建立模塊，用于建立試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)的振形振幅與相應(yīng)的有限元節(jié)點(diǎn)的振 形振幅的差值形成一階、二階或高階誤差；及

優(yōu)化模塊，用于將上述各階誤差最小化以?xún)?yōu)化有限元模型，并使得模態(tài)計(jì) 算與試驗(yàn)測(cè)得的階次、頻率和振形一致。

本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法獲取結(jié)構(gòu)的一組固有頻率以及相應(yīng)各 階模態(tài)在試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)的振形振幅；建立結(jié)構(gòu)有限元模型，在試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)位置建 立有限元檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算結(jié)構(gòu)模態(tài)的頻率及各階模態(tài)在有限元檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的振 形振幅；建立試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)的振形振幅與有限元檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的振形振幅的差值形成 一階、二階或高階誤差；最后將上述各階誤差最小化以?xún)?yōu)化有限元模型。解決 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì)算分析中有限元建模的失真問(wèn)題，提供較真實(shí)的有限元模型， 為進(jìn)一步的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析提供可靠的分析模型。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種有限元模型優(yōu)化方法的流程示意圖；

圖2和圖3分別是本發(fā)明實(shí)施例一提供的擬合試驗(yàn)測(cè)得的一階振形面與優(yōu) 化后有限元計(jì)算得到的一階振形面示意圖；

圖4和圖5分別是本發(fā)明實(shí)施例一提供的擬合試驗(yàn)測(cè)得的二階振形面與優(yōu) 化后有限元計(jì)算得到的二階振形面示意圖；及

圖6是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種有限元模型優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。可以 理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限 定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部 分而非全部結(jié)構(gòu)。