[發明專利]一種基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法

有效

• 申請號: 201910357097.4
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110083946B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 杜家政;付勝偉;徐穎康;粘向川;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;G06F30/15
• 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

本發明公開了一種基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法，包括確定有限元模型材料等，輸入優化初始值；找出在有限元模型中與實際振型最匹配的模態階數，并計算匹配后的仿真頻率值與實驗頻率值的相對誤差；建立各個狀態的數學優化模型，設定優化步長及其收斂精度值；根據目標函數中，逐步向MSC.Nastran提交編寫的各個狀態的優化卡片，提取迭代后的設計變量及其各個狀態的迭代收斂值；根據所有狀態的提取迭代后的設計變量最優解及其各個狀態的迭代收斂值；逐步調用MSC.Nastran，應用該初始值對各個狀態的模型進行分析；直至迭代后所有狀態的最優解的計算值與該次調用MSC.Nastran輸入的初始值相同。本方法為基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法提供一個參考。

技術領域

本發明屬于工程結構設計技術領域，尤其涉及一種基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法。

背景技術

目前，有限元工具己經廣泛用于各種工程結構的計算，對于大型復雜結構，如火箭、導彈、飛機等有限元模型建立困難，即使工程技術人員建立了有限元模型，往往因為計算的誤差太大，不能準確預示實際結構的力學特性，使模擬仿真工作受到很大的限制，最后還是需要物理樣機試驗才能了解飛行器結構的力學特性。有限元修正技術就是要利用物理樣機試驗和有限元仿真兩者的優點，用少量的樣機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，從而可以替代那些復雜、耗資巨大的物理樣機的制造，節省費用和縮短研制周期。修正的目標都是讓有限元模型的計算結果和物理樣機試驗結果保持一致，建立精確的有限元模型是當前的一個重要挑戰。

在航天領域中，火箭姿態控制是現在要解決的一個難題，隨著火箭的發射，火箭在飛行過程中燃料的消耗，不同飛行時間的火箭結構動力學特性很難用實驗確定，因此火箭、導彈的建模技術、動態特性數值分析技術得到了國內外學者和工程師的越來越多的關注。

多狀態有限元模型修正即選取火箭、導彈發射的其中幾個不同時間時，對火箭、導彈進行模態分析，由于不同時間的燃料的不同，其動力學特性不同，根據對其中選取出的幾個狀態的火箭模型進行有限元模型修正，保證各個狀態仿真的動力學特性與實驗的動力學特性接近，來達到對火箭有限元模型的精確建立，對航空航天領域有重要的作用。

本發明針對非對稱結構的多狀態有限元模型修正中存在的修正后各個狀態的動力學特性不一致的問題，提出了一種基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法。這種基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法，結合結構模態有限元分析方法，通過建立無約束優化模型，設定合理的目標函數；通過計算出各個狀態特征向量殘差與頻率殘差的比值，計算出目標函數中各個狀態中特征向量與頻率的權重系數；逐步調用所有狀態的MSC.Nastran優化卡片進行迭代；利用各個狀態的迭代收斂值，計算出各個狀態之間的權重系數，用來計算所有狀態的最優解，計算出的最優解作為下一次調用MSC.Nastran的設計變量的初始值；編寫優化卡片，繼續逐步調用所有狀態的MSC.Nastran優化卡片進行迭代；通過增加狀態特征向量殘差與頻率殘差的比值，減小頻率對目標函數的影響，重復調用MSC.Nastran，直至修正后的所有狀態的有限元的動力學特性與實驗模型的動力學特性一致。這種基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法有助于減少運算過程中的計算量和時間，并更大限度的使所有狀態的有限元模型的動力學特性與實驗模型的動力學特性一致，這種基于無約束優化模型的多狀態模型修正的方法能夠有效解決非對稱結構的多狀態有限元模型修正中存在的修正后各個狀態的動力學特性不一致的問題，這對于推動航空航天等重要領域的快速發展具有重要意義。

發明內容