基于模态综合技术的结构有限元模型修正

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  摘要:基于模态综合各技术的模型修正方法,是在难以实现常规设置迭代计算法基础上发展起来的。这种方法不但将模型修正的计算效率提高了,而且又保证了计算的精度。因此,文章通过下文对相关方面的内容进行了探究。
  关键词:模态综合技术;结构有限元;模型修正
  在修正大型结构模型时,通常情况下,需要通过大量的存储空间和计算时间才可以对结构自身进行动力分析。很显然,传统的一些方法已经很难完成这样的工作。因此,将结构有限元模型修正方法应用进去意义非常重大。
  1 技术的相关阐述
  结零为整,化整为零为该技术的基本思路,从而对复杂结构和大型结构展开动力解析。不但将结构动力方程阶数有效的降低,计算精度也非常高。该技术的实施流程为:第一,用若干个子结构将一复杂、大型的机构划分开,利用物理模型试验方法或者数值分析法将各种动力特征得出来,并且用各种子结构的模态坐标来取缔结构的物理坐标,然后再组合起各个子结构;第二,对每个子结构间的界面构成条件进行应用,转换下一次坐标,将非独立的模态坐标消除,将各独立的模态坐标创作出来,然后对整体结构模型进行表示;第三,动力分析所得到的缩减模型,用传统的物理坐标取代结构模态坐标,从而简化计算复杂结构。
  在动力分析大型结构时,可以充分应用先进的模态综合方法来完成,对矩阵也不用进行求逆计算,进而将计算效率有效地提升上来。
  2 修正大型结构有限元模型
  先在整体结构特征的基础上,用若干个子结构将修正结构划分出来。之后,将该结构的动力特性用前述的模态综合方法获取出来,为了有效修正其中的模型,可以应用优化求解法来完成,假定在修正的过程中,可以应用的阶模态参数有m个。
  下图为该算法的整体流程图。有这样几个特征存在于整体流程中:首先,在特征分解的过程中应用缩减的模型来完成,可以确保传统的模型物理坐标下的测试结果和振型是相同的。
  其次,无需求逆矩阵,这样将有限元模型技术的计算效率能够有效提升上来;再次,对大型结模型的修正应用数值迭代法来完成。
  3 具体的应用案例分析
  3.1 案例介绍
  文章以某拱桥为例进行分析,桥面的宽度为1.25m,拱肋中距为1.18m,单孔净跨为10m,3根约等于60的钢管将空间桁架构建了起来,用约等于20的直腹杆、水平连杆和斜腹杆将主弦钢管制定出来。在0.6m处控制吊杆之间的间距,合理控制高强钢丝束,大概应用10根左右,在传递荷载时可以应用约等于42的吊杆衡量来完成,在0.2m左右控制腹杆间距,16Mn钢为主要的构件材料,在10mm左右控制桥板钢板厚度,在0.6m左右控制跨境,其铰接一般以横向的方式完成,将空心箱梁作为板下横梁。
  3.2 动力分析吊杆拱桥模型结构
  将非缩减有限元模型程序用Matlab语言编制出来,对模型展开动力性能分析。在吊杆、桥面板和拱肋力学性能的基础上,分别应用杆单元、壳单元和梁单元将结构的有限元模型构建起来。同地面固定连接是模型的基本边界条件。混泥土桥墩和拱都以固定的形式进行连接。有2172个自由度及378个节点一同构成了有限元模型。
  将该结构的缩减模型用模态综合技术构建起来。在对缩减模型进行构建的过程中,将连接界面及各个子结构前阶段的振动模态作为表示出来,最后将缩减模型的自由度数据获取出来。将振型之间的一致性通过计算和模态置信准则MAC来进行检验测试。
  3.3 模型修正时应用试验测试数据法
  为了将计算效率有效地提升上来,不宜应用过多的修正参数,在待修正结构的特征的基础上,将修正参数要认真地选择出来。通过相应的分析能够发现,有较大的误差存在于吊杆拱桥有限元分析中。所以,就能够判断出,拱肋结构是导致有误差出现在结构中的主要原因。有混凝土和钢筋一同构成了拱肋,然后将有限元模型构建起来,因为很难有效地模拟出管内混凝土和钢管。所以,将管内混凝土模型及钢管模型分别建立起来。同时,因为外部环境会经常影响到吊杆拱桥。因此,就会有一定的变化不断出现在管内混凝土和钢管内部,这样在对修正参数进行选择时,应该从管内混凝土及钢管密度和弹性模拟量出发。
  通过实践分析能够发现,会有一定的变化出现在修正前和修正后的数值中。并且,通过试验得出,测试的结果同修正后的结果比较相似。
  4 结语
  综上所诉,文章通过上述对基于模态综合技术修正算法在复杂结构和大型结构有限元模型修正中应用的相关内容进行了探究。在缩减大型结构模型时,该算法的应用在其中发挥着重要的作用,在对求解进行优化后,从而更好地修正其结构模型,特别对于游乐设施方面大型圆球(30m直径以上)或跨度比较大的钢结构模型、对安全性以及准确性要求比较高的大型钢结构涉入建筑,本计算方法起到很好的辅助设计作用,所以,其有着非常大的应用空间和发展前景。
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