基于摄动分析和子结构的有限元模型修正方法
本文关键词:基于摄动分析和子结构的有限元模型修正方法 出处:《华中科技大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:近年来,基于结构振动参数的有限元模型修正方法得到快速的发展,并已应用于结构的损伤识别过程中。由于土木工程领域往往结构复杂、建筑尺寸大,在其模态数据的测量和有限元建模分析中不可避免地存在误差,因此模型修正的过程常常引入随机性方法来处理。为提高模型修正过程的计算效率,本文对模型修正过程引入子结构方法。考虑不确定性因素后,本文采用摄动法来估算结构参数的统计学分布。 本文首先介绍了基于摄动分析和子结构的有限元模型修正方法理论基础,分别阐述了整体结构摄动法和子结构方法有限元模型修正的基本公式。 之后,,本文第三章、第四章推导了考虑不确定性因素时的子结构模型摄动法公式,并采用matlab软件建模,将推导的方法应用于三跨框架和广州电视塔的数值分析中。此外,本文还将基于子结构模型蒙特卡罗模拟方法和整体结构摄动法所得的结果与之对比,验证该方法的可靠性,比较推导的方法和整体结构摄动法的计算效率。 两个数值分析算例都说明,基于摄动分析和子结构的有限元模型修正方法可以有效地计算出建模和测量不确定性影响下单元刚度参数的均值和方差,同时该方法相对整体结构摄动法更高效,其计算时间仅为整体结构摄动法的36.2%。 最后,本文针对实验室钢框架模态实验,通过引入切口模拟框架损伤前后的状态,用上文推导的方法和整体结构摄动法对模态数据进行分析,两种方法的结果相吻合,进一步证明了基于摄动分析和子结构的有限元模型修正方法在实际工程中的适用性。
[Abstract]:In recent years , the finite element model modification method based on structural vibration parameters has been developed rapidly and has been applied to the damage identification process of structures . Because of the complexity of the civil engineering field and the large size of the building , there is an inevitable error in the measurement of modal data and the finite element modeling analysis . In order to improve the calculation efficiency of the model correction process , this paper introduces the substructure method to the model correction process . After considering the uncertainty factors , the perturbation method is used to estimate the statistical distribution of the structural parameters . Based on the perturbation analysis and substructure method of finite element model , this paper presents the basic formula of the finite element model modification of the whole structure perturbation method and substructure method respectively . Then , in chapter 3 , chapter 4 , the perturbation method formula of substructure model considering uncertainty is derived , and matlab software is used to model it . The method is applied to the numerical analysis of three - span frame and Guangzhou TV tower . In addition , this paper compares the results obtained by Monte Carlo simulation method and overall structure perturbation method based on substructure model , verifies the reliability of the method , compares the derivation method and the calculation efficiency of the whole structure perturbation method . Both numerical examples show that the finite element model updating method based on perturbation analysis and substructure can effectively calculate the mean value and variance of the unit stiffness parameter under the influence of modeling and measurement uncertainty , while the method is more efficient than the whole structure perturbation method , and the calculation time is only 36 . 2 % of the whole structure perturbation method . Finally , according to the model experiment of the laboratory steel frame , the modal data is analyzed by the method of the above - mentioned method and the whole structure perturbation method . The results of the two methods are in agreement with each other , and the applicability of the finite element model correction method based on perturbation analysis and substructure is further proved .
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU317
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本文编号:1418906
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