[發明專利]一種基于靈敏度分析的有限元模型修正方法

在審

• 申請號: 201810342174.4
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108959686A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 富佳;駱海濤;劉廣明;轎利闖
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01M7/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

本發明涉及一種基于靈敏度分析的有限元模型修正方法，在三維軟件中對裝配體進行實體建模，對裝配體模型通過模態試驗系統進行模態試驗，采用前后處理軟件建立裝配體有限元仿真模型，并通過有限元分析軟件進行模態分析求解，通過LMS.VirtualLab仿真分析軟件，將模態試驗結果和模態仿真分析結果進行相關性檢驗，進行模態靈敏度分析，找出對模態頻率比較靈敏的參數變量，通過優化迭代將有限元模型基頻與模態試驗基頻相匹配。本發明仿真分析技術相比于物理試驗具有成本低、周期短等諸多好處，在仿真結果誤差允許的范圍內，仿真分析結果可以作為振動特性分析的參考依據，該方法對相關測試工作具有重要的參考價值。

技術領域

本發明涉及復雜裝配體的有限元模型修正領域，具體地說是基于靈敏度分析的有限元模型修正方法。

背景技術

在工業制造領域CAE技術的迅猛發展，通過有限元仿真分析，研究機構的振動特性，指出結構設計中薄弱部位，可提出優化方案，避免機構在工作中共振現象的發生。同時，有限元分析作為近代工程領域應用最廣泛的數值分析方法，其可靠性已被廣泛驗證。通過有限元仿真分析可以減少物理試驗的次數，以達到節約成本的目的，評估配置的合理性降低風險，提高產品的質量，縮短開發周期。

隨著機械裝配需求逐步提高，機械的設計開發需要向更快、更安全可靠的方向發展，對振動特性的要求越來越高。模態分析作為近代研究結構動力特性的一種方法，被廣泛應用于工程振動領域。模態分析用于確定結構或機器部件的振動特性，對機械結構設計具有重要意義，同時模態分析還是其他動力學分析的基礎。

近十幾年來計算機可視化、虛擬現實、電腦智能化技術的發展，計算機在各個領域取代實驗已有很大發展，仿真分析技術相比于試驗方法具有成本低、周期短等諸多好處。但對于復雜的實際結構，有限元模型的精度，受到許多因素的影響。物理仿真模型的誤差包括簡化假定，如模態分析中結構模型屬于線性數學模型，忽略了實際結構中存在的一些非線性因素的影響離散化精度與網格大小有關，網格越密集，自由度越多，精度越高。但網格密集后，計算效率就降低，工程中需要權衡計算精度與計算效率之間的利弊。再次是建模誤差，有限元模型中的物理參數(密度、彈性模量、泊松比)不可能完全跟實際情況吻合，這之中必增大了模態分析結果與實際模態試驗結果的誤差。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于靈敏度分析的有限元模型修正方法，用少量的結構試驗所獲得的數據對有限元模型進行修正，獲得比較準確的有限元模型，解決了有限元建模仿真不精確問題。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種基于靈敏度分析的有限元模型修正方法，包括以下步驟：

步驟1：在三維軟件中對裝配體進行實體建模，對裝配體模型通過模態試驗系統進行模態試驗，得到模態試驗結果；

步驟2：采用前后處理軟件建立裝配體有限元仿真模型，并通過有限元分析軟件進行模態分析求解，得到模態仿真分析結果；

步驟3：通過LMS.VirtualLab仿真分析軟件，將模態試驗結果和模態仿真分析結果進行相關性檢驗，如果同階頻率值的誤差率及振型MAC值均在要求范圍內，則當前建立的有限元模型滿足要求，不需要修正；否則執行步驟4；

步驟4：進行模態靈敏度分析，找出對模態頻率比較靈敏的參數變量，通過優化迭代將有限元模型基頻與模態試驗基頻相匹配。

所述模態試驗系統包括激振系統、拾振系統以及模態分析系統；其中激振系統主要包括模態力錘，拾振系統主要包括加速度傳感器和智能采集系統，模態分析系統，主要包括LMS.TestLab軟件模態測試顧問和LMS.TestLab軟件自帶的模態分析軟件。

所述模態試驗為通過力錘激勵，對加速度傳感器測試及分析，LMS.TestLab軟件采用傳遞函數集總平均后定階處理，擬合后提取模態參數，并經過模態質量歸一化處理，得到模態頻率及模態振型特征。