基于响应面技术的桥梁结构有限元模型修正方法研究

发布时间：2017-09-07 08:14

  本文关键词：基于响应面技术的桥梁结构有限元模型修正方法研究

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【摘要】：随着有限元建模方法在桥梁工程领域的应用,一个精准的有限元模型对于桥梁结构健康监测、承载力分析评估以及结构损伤识别等有着关键性的作用。通常依照桥梁结构设计施工图纸和规范建立的有限元模型不可避免的会对结构的材料属性、边界条件等进行简化和假设,这样导致所建立的有限元模型与实际结构存在一定的差异,难以确保分析结果的准确性与真实性。有限元模型修正就是通过对结构的设计参数进行修正,使得修正后的有限元模型能够真实的反映桥梁的实际状态。综合各类有限元模型修正方法的优缺点,本文采用基于响应面技术的有限元模型修正方法,该方法不仅迭代计算量小、模型修正的效率高,而且修正后的有限元模型能够作为结构状态评估、损伤识别等的基准模型。本文在搜集有关有限元模型修正理论及响应面技术的基础上,对有限元模型修正理论进行简明的阐述,着重介绍了在有限元模型修正过程中遇到的几个关键问题:相关性分析、修正参数的选取、目标函数的建立与优化分析。继而对响应面技术在有限元模型修正中的应用进行了阐述,重点对基于响应面技术的有限元模型修正方法的每个步骤做了详细的介绍。然后对一根数值简支梁模型进行了模型修正与损伤识别的应用,证实了该方法的正确性与可靠性。最后,以黄弓大桥为工程背景,运用ANSYS建立黄弓大桥的初始有限元模型,以黄弓大桥静、动载试验的实测频率和挠度作为目标响应,采用基于响应面技术的有限元模型修正方法对其进行了修正,修正的误差在2%以内,并利用黄弓大桥静载试验的其他工况和动载试验所测试的第三阶频率作为静动力响应的验证,验证的结果误差均较小,证实了该方法在工程应用方面的可行性与可靠性。
【关键词】：有限元模型修正 ANSYS 响应面法 Design-Expert 中心复合设计 荷载试验
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 有限元模型修正的研究现状9-14
• 1.2.1 直接法10-11
• 1.2.2 灵敏度法11-13
• 1.2.3 响应面法13-14
• 1.3 研究的目的及意义14-16
• 1.4 本文的主要内容16-17
• 第二章 有限元模型修正技术的基本理论17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 反问题概述17-20
• 2.2.1 反问题的描述与分类17-18
• 2.2.2 力学系统的反问题18-19
• 2.2.3 反问题的难点19-20
• 2.3 有限元模型修正的关键问题与基本过程20-24
• 2.3.1 有限元模型20-21
• 2.3.2 相关性分析21-22
• 2.3.3 修正参数22-23
• 2.3.4 目标函数与优化分析23
• 2.3.5 有限元模型修正的基本过程23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 基于响应面技术的有限元模型修正方法25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 基于响应面技术的有限元模型修正步骤25-27
• 3.3 试验设计27-29
• 3.3.1 中心复合试验设计27
• 3.3.2 正交试验设计27-28
• 3.3.3 均匀设计28-29
• 3.4 参数筛选及显著性检验29
• 3.5 响应面函数的选取与响应面的拟合29
• 3.6 响应面模型的精度检验29-30
• 3.7 优化求解30-32
• 3.7.1 序列二次规划算法30-32
• 3.7.2 混沌粒子群算法32
• 3.8 本章小结32-33
• 第四章 数值模型算例与验证33-45
• 4.1 简支梁数值算例33
• 4.2 特征值选取和参数筛选33-36
• 4.3 有限元模型修正36-41
• 4.3.1 试验设计36-38
• 4.3.2 显著性检验及响应面拟合38-40
• 4.3.3 优化求解40-41
• 4.4 有限元模型修正的应用—损伤识别验证41-44
• 4.4.1 损伤识别响应面模型建立41-42
• 4.4.2 损伤识别过程及结果42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 黄弓大桥有限元模型修正45-74
• 5.1 工程概况及有限元建模45-47
• 5.2 黄弓大桥静、动载试验47-54
• 5.2.1 静载试验47-52
• 5.2.2 动载试验52-54
• 5.3 黄弓大桥有限元模型修正54-66
• 5.3.1 试验设计54-59
• 5.3.2 参数显著性检验59-61
• 5.3.3 响应面拟合61-64
• 5.3.4 优化求解64-66
• 5.4 结构静、动力响应验证66-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-79
• 攻读学位期间发表的论文79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 梁鹏;李斌;王秀兰;王晓光;吴向男;马旭明;;基于桥梁健康监测的有限元模型修正研究现状与发展趋势[J];长安大学学报(自然科学版);2014年04期

2 段丽娟;吴成富;张闻乾;陈怀民;;基于序列二次规划算法的控制律寻优设计[J];火力与指挥控制;2009年01期

3 邓苗毅;任伟新;王复明;;基于静力响应面的结构有限元模型修正方法[J];实验力学;2008年02期

4 刘军民;高岳林;;混沌粒子群优化算法[J];计算机应用;2008年02期

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本文编号：808404