基于组合函数动力响应面的桥梁有限元模型修正

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在桥梁结构静动力分析、状态监测、识别与预测等工程应用中,有限元建模方法已得到广泛而深入的应用。但有限元作为一种理论建模方法可不依赖实际的结构而实现,与实际结构不可避免地存在差异,这将难以保证其分析结果的真实性和准确性。为此,通过一定手段和方法对结构有限元模型进行合理修正显得非常必要。本论文即基于结构有限元模型的修正技术,规避传统参数型修正法调用有限元模型频繁、计算量大的不足,采用动力响应面法对桥梁结构有限元模型的修正进行应用研究。文中构造了一种二阶式-高斯组合径向基函数,经多途径比较、多结构验证,能有效提高响应面拟合能力与修正精度,且具有突出的抗噪声能力。论文工作如下:1)阐述了基于响应面方法的有限元模型修正基本原理和步骤,对常见的响应面类型、拟合方法和优化算法进行了归纳总结。以简支梁结构算例对多种响应面函数(-阶式-高斯组合径向基函数、二阶多项式、二阶式-高斯组合径向基函数、三阶多项式)的拟合能力、抗噪能力与修正精度进行了比较,表明提出的二阶式-高斯组合径向基响应面函数具有显著的优越性。2)设计制作了悬臂梁,并进行了室内动力实验,采用二阶式-高斯组合径向基函数拟合动力响应面,基于悬臂梁固有频率测试结果,通过Matlab编写优化算法对目标函数进行求解,对建立的悬臂梁初始有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型经结构模态分析验证,证实了该模型修正的可靠性。3)结合一实际贝雷梁式钢桥,依据设计图纸建立待修正的初始有限元模型,以现场动力试验实测数据为目标,以二阶式-高斯组合径向基函数拟合动力响应面对初始有限元模型进行了修正;经修正后有限元模型进行结构动力响应(动挠度)计算,与现场动载测试结果基本一致,证实了文中所提方法在较为复杂桥梁结构中进行工程应用的有效性。
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