基于粒子群優(yōu)化算法的結(jié)構(gòu)有限元模型修正.pdf

1、正確可靠的結(jié)構(gòu)分析與精確有限元模型密切相關(guān),而受材料、施工、環(huán)境等多因素的影響,有限元模型往往和實(shí)際工程結(jié)構(gòu)存在較大誤差。如何改善既有結(jié)構(gòu)的仿真建模精度,減少有限元模型分析結(jié)果與實(shí)測結(jié)果之間的誤差,已成為近年來研究的熱點(diǎn)問題,并取得了一系列的研究成果。但是由于受到人們認(rèn)識水平、測試技術(shù)和現(xiàn)場條件的限制,使得基于動(dòng)力測試的結(jié)構(gòu)損傷識別的有限元模型修正還存在很多問題且無法有效應(yīng)用于工程實(shí)踐。基于此,研究能適合工程實(shí)際應(yīng)用并且損傷識別結(jié)果可靠

2、準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)有限元修正模型具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在已有研究成果的基礎(chǔ)上,針對目前研究中存在的問題,對橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型修正方法進(jìn)行了研究,主要工作有:
　　(1)以某運(yùn)營多年的實(shí)橋?yàn)槔?運(yùn)用全面的橋梁檢測技術(shù),對主梁和主要的連系構(gòu)件進(jìn)行初步損傷診斷和分析,依據(jù)其檢測結(jié)果,首先使用基于優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型修正方法建立結(jié)構(gòu)的初始模型,然后根據(jù)橋梁局部參數(shù)變化較大的“大損傷”情況,分別采用傳統(tǒng)的全局變量參數(shù)修正和本文提出的構(gòu)件局部參數(shù)修正

3、,利用ANSYS軟件建立其參數(shù)化模型用一階優(yōu)化算法進(jìn)行修正。對比不同的變量設(shè)置方法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,指出傳統(tǒng)算法在某些結(jié)構(gòu)變量設(shè)置上存在的不足,以為工程實(shí)際參考。
　　(2)在對各變量靈敏度分析中,仿真結(jié)果顯示多個(gè)同類靈敏度較低的變量對有限元模型的共同影響可能會(huì)超過個(gè)別靈敏度較高的變量的情況,建議有限元模型修正中謹(jǐn)慎舍棄靈敏度較低的參數(shù)。
　　(3)在介紹反問題和模型修正方法的基礎(chǔ)上,提出了粒子群優(yōu)化算法的損傷識別方法,

4、并嘗試通過MATLAB與ANSYS計(jì)算文件的交互實(shí)現(xiàn)混合編程,建立了基于粒子群優(yōu)化的結(jié)構(gòu)有限元模型修正方法,克服了傳統(tǒng)優(yōu)化算法在計(jì)算中碰到的由于梯度矩陣病態(tài)或奇異而使計(jì)算結(jié)果無法收斂的可能,提高了計(jì)算結(jié)果的可信度,適合于實(shí)際工程應(yīng)用。
　　(4)以文中檢測的實(shí)橋?yàn)槔?分別采用了基于一階優(yōu)化算法和粒子群優(yōu)化算法的有限元模型修正對實(shí)橋主梁關(guān)鍵位置的損傷進(jìn)行識別研究,計(jì)算結(jié)果總體趨于一致,且后者結(jié)果與實(shí)橋測試結(jié)果更為接近,說明本文提出的

5、粒子群優(yōu)化算法是合理的、有效的,這為既有結(jié)構(gòu)的損傷識別和狀態(tài)評估提供了一個(gè)新思路。
　　(5)對比了兩種損傷識別方法的優(yōu)缺點(diǎn)。粒子群優(yōu)化算法計(jì)算時(shí)間較長,但可以避免由于梯度矩陣病態(tài)或奇異而導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果病態(tài)可能,從而解決了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)在計(jì)算上存在的困難。而ANSYS自帶的一階優(yōu)化算法比較成熟,更適合一般的簡單工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析。
　　總之,本文所提出的基于粒子群優(yōu)化算法的結(jié)構(gòu)有限元模型修正能夠?qū)扔袠蛄航Y(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行客觀、可靠的優(yōu)