[發明專利]一種基于逆kriging函數的結構有限元模型修正方法

在審

• 申請號: 201710375215.5
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107247828A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 秦世強;胡佳;張亞州;劉杰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魏波

技術領域

本發明屬于有限元模型修正技術領域，具體涉及一種基于逆kriging函數的結構有限元模型修正方法。

技術背景

有限元模型修正技術已經廣泛應用于機械工程、土木工程和航空航天等領域。建立滿足工程精度要求、反映結構力學特性的有限元分析模型是進行結構分析和評價的基礎。由于結構的復雜性，在分析過程中存在眾多的不確定因素以及建模中的簡化，導致有限元模型計算結果與實際結構的動力學特性之間必然存在誤差。結構有限元模型修正,是利用結構現場荷載試驗實測的響應信息修正其有限元分析模型，使得修正后結構有限元模型計算的響應值與試驗實測值趨于一致。經過模型修正、符合實測響應的結構有限元模型是結構損傷識別、健康監測、結構性能評價和驗證結構設計的基礎。

模型修正大體上可以分為基于有限元模型直接修正法和基于代理模型修正法。對于工程領域，模型復雜，設計變量較多，直接修正法在優化迭代過程中需要進行大量有限元計算，效率低，因而應用受到局限。而基于代理模型修正法，通過構造簡單的數學元模型代替復雜耗時的有限元模型，在保證精度的同時，極大提高了運算效率。常用的代理模型有響應面、徑向基函數、Kriging模型等。基于建立的元模型，結合一些常規成熟的智能優化算法，如遺傳算法，粒子群算法，神經網絡等，即可完成參數的優化，實現模型的修正。

而結合智能算法進行尋優需要大量的迭代優化計算，計算量大，耗時長。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種基于逆kriging函數的結構有限元模型修正方法，只需計算一次就能得到設計參數值，完成對模型的修正，極大的提高了修正的效率而且具有較高的精度。

本發明所采用的技術方案是：一種基于逆kriging函數的結構有限元模型修正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：基于設計資料建立結構初始有限元模型并進行敏感性分析，結合工程經驗合理地從敏感性高的參數中選取待修正的設計參數；

步驟2：對設計參數進行抽樣，然后將抽取的樣本點代入初始有限元模型，計算結構的靜動力響應。

步驟3：根據設計參數抽樣樣本和靜動力響應構建滿足精度要求的逆kriging函數模型；

步驟4：實測實際結構的靜動力響應并作為輸入代入已構建的逆kriging函數求解待修正的設計參數值，完成結構有限元模型修正。

本發明用逆kriging函數模型作為元模型代替計算量大、復雜耗時的有限元模型，而且只需計算一次就能得到設計參數值，完成對模型的修正，避免了大量的迭代優化計算，極大的提高了有限元模型修正的效率。

附圖說明

圖1是本發明實施例的流程示意圖。

圖2是本發明實施例的有限元模型修正流程圖。

具體實施方法

為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖2及實施例對本發明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

請見圖1和圖2，本發明提供的一種基于逆kriging函數的結構有限元模型修正方法，包括以下步驟：

步驟1：基于設計資料建立結構初始有限元模型并進行敏感性分析，結合工程經驗合理地從敏感性高的參數中選取待修正的設計參數；

具體實現包括以下子步驟：

步驟1.1：根據設計圖紙上的尺寸、材料特性、支座剛度，采用通用有限元軟件進行單元離散，建立初始有限元模型；

步驟1.2：對建立的初始有限元模型進行敏感性分析，選出對結構敏感性高的參數；

步驟1.3：結合工程經驗合理地從敏感性高的參數中選取待修正的設計參數。

步驟2：對設計參數進行抽樣，然后將抽取的樣本點代入初始有限元模型，計算結構的靜動力響應。

具體實現包括以下子步驟：

步驟2.1：選擇待修正的設計參數進行試驗設計，采用Halton序列采樣方法進行設計參數抽樣；

設任意整數N和任意素數R，則整數N均有唯一的R進制表示：

N＝(N_mN_m-1…N₂N₁N₀)_R＝N₀+N₁R+N₂R²+…+N_mR^m (1)；