基于响应面的参数不确定性有限元模型修正研究

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为解决复杂结构有限元建模中边界支撑、各种连接等模拟简化带来的参数误差问题,有限元模型修正技术应运而生并迅速发展,其中基于灵敏度的参数确定性模型修正已逐渐趋于成熟。实际工程结构中的许多参数、以及作为修正基准的试验数据都广泛存在不确定性因素的影响,对设计参数及模型响应展开不确定性的概率研究是模型修正的重要研究方向。经典模型修正中的灵敏度矩阵计算耗费大量时间,对参数不确定性的计算更会大幅增加计算量,严重降低修正效率,使用响应面法实现初始模型的简化和代理对模型修正具有重要意义。本文以工程应用为背景,对传统响应面模型进行了改进以提升代理模型精度,并基于改进响应面法对参数不确定性有限元模型修正开展了如下研究:在传统多项式法响应面的基础上,提出了一种最优阶次多项式响应面的构建方法,阐述了阶次判定、多项式构造及精度检验等关键步骤,实现了参数间拟合阶次的区分,有效提升了代理模型精度,并利用功能函数算例验证了改进响应面法的可行性。基于改进的响应面法,建立了参数不确定性有限元模型修正的基本理论框架,阐述了相关性分析、参数选择、响应面的建立、基于贝叶斯方法的不确定性分析优化、以及修正质量的检验等关键步骤理论。采用GARTEUR模型仿真算例进行模型修正,检验了基于响应面的参数不确定性有限元模型修正方法的可行性;检验了最优阶次多项式响应面精度;通过与确定性修正结果对比以及修正质量检验两种方法验证了贝叶斯方法修正结果的准确性。针对工程实际中常见的边界支撑建模不准问题,运用基于响应面法的参数不确定性模型修正技术,对一根梁试验件开展了边界支撑修正的试验研究。结果表明,修正后有限元模型的固有频率更贴近真实试验数据,进一步验证了本文方法的有效性和一定工程应用前景。
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