[發明專利]有限元模型修正過程中克服模態交換的方法

有效

• 申請號: 201910313781.2
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110110396B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 杜家政;付勝偉;孟凡偉;鄧穩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.有限元模型修正過程中克服模態交換的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

第一步，確定有限元模型材料參數，結構參數，并建立有限元模型；

第二步，對有限元模型進行模態分析，并與實際模型的振型配對，找出在有限元模型中與實際振型最匹配的實驗階數；

第三步，建立數學優化模型，設定優化初始值、步長及其收斂精度值；第三步包括以下步驟：

根據實驗及仿真數據，設定步長，初始值，收斂精度參數；建立以部分實驗點某個方向的特征向量的殘差為約束，剩余試驗點的特征向量的殘差與頻率殘差的平方和最小為優化目標，優化模型為：

式中：x為要進行修正的設計變量，F(x)代表模型修正總體目標函數，m₁代表選出的部分有針對性的單個實驗階模態的實驗點總數，m₀代表選出的其余的單個實驗階模態的實驗點總數，I代表實驗階模態總數，為第j階模態下第i₀個作為目標函數中的測試點對應的有限元模型中的仿真值，為第j階模態下第i₁個作為約束函數中的測試點對應的有限元模型中的仿真值，為在目標函數中的第j階模態下第i₀個測試點的實驗值，為在約束函數中的第j階模態下第i₁個測試點的實驗值，f_i(x)代表第i階模態下對應的仿真頻率，f_i^t代表第i階模態下對應的實驗頻率，ε代表部分有針對性的試驗點特征向量的殘差允許最大值；

令目標函數中的

第四步，通過設定目標函數中振型殘差是頻率殘差的a倍，計算出權重系數，編寫MSC.Nastran優化卡片；

第五步，向Nastran提交編寫的優化卡片，進行迭代計算，提取發生模態交換前的設計變量的值，計算出發生模態交換的相對值；

第六步，以提取出來的模態交換前的設計變量值作為初始值，計算出的相對值作為步長值，增加比值倍數a，重新計算權重系數，編寫卡片；

第七步，重復第五步，設定步長值是提取相對數值的p倍，設定設計變量值為提取的設計變量值，編寫卡片，進行迭代運算；

第八步，重復第六步、第七步，直到迭代完成，求解出合理的結果，提取設計變量數據即為所需要的設計變量數值。

2.根據權利要求1所述的有限元模型修正過程中克服模態交換的方法，其特征在于，第一步包括以下步驟：

基于MSC.Patran軟件平臺，建立有限元模型；劃分有限元網格，定義材料，結構參數，設計變量初始值。

3.根據權利要求1所述的有限元模型修正過程中克服模態交換的方法，其特征在于，第二步包括以下步驟：

根據模態置信準則MAC，有限元模型與實驗得到的振型進行匹配，找出在有限元模型中與實際振型最匹配的模態階數；

式中，φ_j和φ_j^t分別表示第j階模態對應的仿真值和試驗模態振型向量，和分別表示向量φ_j和向量φ_j^t的轉置矩陣；MAC值總是在[0,1]靠近1就表示越好的關聯性。

4.根據權利要求1所述的有限元模型修正過程中克服模態交換的方法，其特征在于，第四步包括以下步驟：

使目標函數中的振型殘差目標是頻率殘差的a倍；

a＝F₁/F₂

根據公式計算出權重系數w₁和w₂；

w₁+w₂＝1。

5.根據權利要求1所述的有限元模型修正過程中克服模態交換的方法，其特征在于，第五步包括以下步驟：向MSC.Nastran提交編寫的優化卡片進行迭代計算，提取發生模態交換前的設計變量的值，計算出發生模態交換前后設計變量的相對值；

向MSC.Nastran提交編寫的優化卡片，在迭代完成后，提取發生模態交換前結果文件中設計變量的值，并計算發生模態交換前后設計變量的相對值。