基于静强度试验的有限元模型修正技术研究

第４１卷第１期２０１１年１月

航空计算技术

ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ

Ｖ０１．４１Ｎｏ．１

Ｊａｎ．２０１ｌ基于静强度试验的有限元模型修正技术研究

刘国青，陈秀华，汪海

（上海交通大学航空航天学院，上海２００２４０）

摘要：基于静力响应的有限元模型修正技术广泛应用于工程结构的参数识别中，需要解决软件

实现、基准数据与目标函数选取，以及参数的灵敏度分析等问题。利用位移响应信息对损伤位置

确定的悬臂梁进行了损伤程度的精确识别，对于损伤位置不能确定的情况，通过引入应变约束条

件实现了损伤位置与损伤程度的同时确定。作为实际工程算例，将飞机静强度试验得到的位移响

应与内力响应作为基准数据，利用模型修正技术确定飞机方向舵有限元模型边界条件。算例比较

了不同目标函数和约束条件对修正效果的影响，并通过增加内力响应信息进一步修正了根部约束

参数，为计算分析提供了精确有限元模型。

关键词：模型修正；飞机结构；静强度试验；优化；目标函数

中图分类号：０２４２．２１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１．６５４Ｘ（２０１１）０１．０１０１—０５

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌＵｐｄａｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＢａｓｅｄｏｎＳｔａｔｉｃＳｔｒｅｎｇｔｈＴｅｓｔ

ＬＩＵＧｕｏ?ｑｉｎｇ，ＣＨＥＮＸｉｕ－ｈｕａ，ＷＡＮＧＨａｉ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｕｐｄａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓｔａｔｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐａｒａｍ—ｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｉｔｎｅｅｄｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｂａｓｅｄａｔａａｎｄｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｕｐｄａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｄａｍ—ａｇｅｄｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｂｅａｍｗｈｏｓｅｄａｍａｇｅｌｏｃａｔｉｏｎｉｓｋｎｏｗｎｂｅｆｏｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄａｍａｇｅｄｅｇｒｅｅｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｐｒｅｃｉｓｅｌｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈａｄｄｉｎｇｓｔｒａｉｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ，ｔｈｅｄａｍａｇｅｄｄｅｇｒｅｅａｎｄｄａｍａｇｅｌｏｃａｔｉｏｎｃａｎ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｅｌｕｐｄａｔｉｎｇ；ａｉｒｃｒａｆｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｔｅｓｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ

引言

有限元模型修正方法依据试验形式不同，可分为基于动力测试修正方法和基于静力测试修正方法。动力模型修正技术以频率、振型等作为基本信息最先得到发展，已经形成相对完善的理论体系，但模态响应对结构的局部参数变化不敏感且易受测试噪声的影响，导致结构动态测试结果不能有效用于模型修正。基于静力测试的模型修正技术以位移、应变和曲率等作为响应信息，继动力模型修正之后广为发展。国外很多学者对静力模型修正进行了探讨¨一Ｊ。对于飞机结构来说，动力分析和静力分析一般采用两套有限元分析模型，经过动力修正的有限元模型一般只可用于结构的动态分析，而不可用于静态分析。静力试验对于结构强度分析具有举足轻重的地位，可利用限制载荷范围内的试验数据进行有限元模型修正、预估试验结果。

１模型修正基本理论及软件平台

根据修正对象的不同，有限元模型修正可分为矩阵型修正和元素型修正两大类，按算法分又可分为迭代法、优化法、摄动法等。矩阵型法将系统的刚度矩

收稿日期：２０１０—０９—０９修订日期：２０１０—１２—０６

作者简介：刘国青（１９８６一），男，满族，河北唐山人，硕士研究生，研究方向为飞机复合材料结构强度设计。万方数据