柔性体的有限元模型修正技术研究
模型修正的方法
模型修正的方法
模型修正的方法有以下几种：
1.基于动力有限元模型修正，这种方法是根据结构的动力特性，如模态参数或频响数，对有限元模型的刚度矩阵、质量矩阵或设计参数进行修正，使修正后的模型能更好地反映实际结构的动力行为。
2.基于静力有限元模型修正，这种方法是用在弹性范围内的结构试验所测得的较精确的静力试验数据，如位移和应变，对结构的有限元模型加以修正，使之成为正确可靠的数学模型，以达到进行静力分析的目的。
3.基于灵敏度分析的方法，这种方法是利用结构参数对模型输出结果的影响程度，即灵敏度，来确定需要修正的参数，并通过最优化算法来求解最佳的参数值。
4.基于人工神经网络的方法，这种方法是利用人工神经网络的非线性映射能力和自适应学习能力，来建立有限元模型参数和试验数据之间的关系，并通过训练网络来调整参数值。
5.基于遗传算法的方法，这种方法是利用遗传算法的全局搜索能力和并行计算能力，来寻找最优或次优的参数值，并通过交叉、变异和选择等操作来产生新一代的候选解。
有限元模型修正技术
有限元模型修正技术
成万植;李书
【期刊名称】《飞机设计》
【年(卷),期】1994()4
【摘要】有限元模型修正技术,是近年来兴起的一门结构分析辅助技术,它正在发展成为有限元专家系统的重要组成部分。
本文简要介绍了有限元模型修正技术的需求、概念和基本思路及其前景,目的是唤起人们的注意,同时希望有志者投入这一技术开发,并尽早为型号设计服务。
【总页数】4页(P1-3)
【关键词】有限元模型;修正技术;计算机仿真;飞机
【作者】成万植;李书
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】V214.1
【相关文献】
1.基于健康监测的连续刚构桥有限元模型确认(Ⅰ)——基于响应面法的有限元模型修正 [J], 宗周红;高铭霖;夏樟华
2.装配式连续梁桥有限元模型修正技术研究 [J], 谢海龙;
3.装配式连续梁桥有限元模型修正技术研究 [J], 谢海龙;
4.面向桥梁工程的响应面技术在有限元模型修正中的应用探讨 [J], 张挣鑫;刘黔会;
黄方林
5.基于有限元模型修正技术的复杂索拱体系施工稳定性 [J], 戴轩奥;张其林;罗晓群因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
有限元模型修正法在结构动态设计中的应用
有限元模型修正法在结构动态设计中的应用
有限元模型修正法（FEM updating method）是一种用于结构动态特性修正的方法，它基于有限元模型和实测数据的对比，通过对有限元模型参数进行修正，从而提高有限元模型的精度，使其更好地反映实际结构的动态特性。
在结构动态设计中，有限元模型修正法具有广泛的应用，可以用于以下几个方面：
1.结构识别：通过对结构实测数据的采集和分析，可以确定结构的实际特性，并与有限元模型的预测结果进行对比。
通过比较实际数据和有限元模型的差异，可以得出结构参数的修正方案，从而提高有限元模型的精度，使其更加符合实际结构的动态特性。
2.损伤检测：在结构使用过程中，可能会发生一些损伤或者变形，这些变化会对结构的动态特性产生影响。
有限元模型修正法可以通过对结构实测数据和有限元模型的对比，识别出结构中可能存在的损伤或变形，并提供相应的修正方案，使有限元模型能够更准确地反映结构的动态特性。
3.结构优化：在结构设计过程中，需要考虑结构的动态特性，以保证结构的安全性和稳定性。
有限元模型修正法可以通过对有限元模型的修正，实现结构动态特性的优化，使结构更加稳定和安全。
总的来说，有限元模型修正法在结构动态设计中的应用非常广泛，可以帮助工程师更好地理解和预测结构的动态特性，从而设计出更加安全和稳定的结构。
考虑不确定性因素的有限元模型修正方法研究
第 30 卷 第 6 期 2017 年 12 月
振动工程学报
JournalofVibrationEngineering
Vol.30 No.6 Dec.2017
考虑不确定性因素的有限元模型修正方法研究
陈 喆,何 欢,陈国平,何 成
(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,江苏 南京 210016)
引言
在实际工 程 问 题 中,不 确 定 性 因 素 普 遍 存 在。
. A如l,l材料Ri的gh力t学s 性Re能s参er数v、e螺d.栓/铆 钉 的 连 接 刚 度
等 [1],这 类 参 数 受 试 验 测 试 误 差 及 加 工 批 次 影 响 ,其 力学性能参数在一定程度上具有不确定性特点。又 例如,结构安装边 界 受 安 装 次 序、夹 具 不 平 度、螺 栓 拧紧力矩等因素影 响,使 得 安 装 连 接 刚 度 具 有 较 明 显 的 不 确 定 性 特 征。 此 外,动 力 学 试 验 中,试 验 设 备 、试 验 环 境 、试 验 噪 声 以 及 其 他 一 些 人 为 因 素 难 以 控制,使得在试验过 程 中 存 在 较 多 不 确 定 性 因 素 而 导致多次试验结果之间的离散性较大。当实际系统 具有较为明显的不 确 定 性 特 征 时,为 了 使 动 力 学 模 型能够尽可能的反 映 实 际 情 况,需 要 在 模 型 修 正 过 程中考虑不确定性因素的影响。
机械系统动力学仿真柔性体建模技术研究
I
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
Abstract
The traditional rigid multi-body system (MBS) dynamics assumes bodies to be rigid. In practice, bodies suffer some degree of deformation. In the majority of the cases the relative displacements are so small that they do not affect the system’s behavior. However, in the cases of lightweight spatial structures and manipulators or high-speed machinery, deformation will influence the dynamics of those systems and can not be neglected. This thesis, supported by the National High-Tech, China (No.2004AA411010) and the National Key Science and Technology program (No.2004BA201A85), aims at the implementation of the module of flexible body modeling and simulation and its integration with the original rigid multi-body modeling system, based on the theory of flexible multi-body dynamics and computer graphics. First, a flexible multi-body modeling method, which consists of floating frame of reference and modal superposition is discussed and a modal body formulation is developed. Then the flexible multi-body dynamics formulation is obtained based on the method. The theory of mode analysis and component mode synthesis is discussed. A set of input data for MBS codes describing flexible bodies is proposed and an interface for importing data is designed for the widely used modal neutral file (MNF). The basic model elements and its internal topological relationship are analyzed. Data structure for representing flexible parts is presented. Constraint and force model representation and implementation are developed. After that, the architecture of the multi-body system module is established. Furthermore, the result data of simulation, which is obtained by solving the dynamical model, is reorganized and animation data is built. Combined with computer graphics and computer animation technology, the simulation animation of the model is generated by applying coordinate transformation and view projection on the model. Finally, by using the technologies, a module of flexible body modeling is developed and its integration with InteDyna is implemented on VC++7.0 development platform. A full truck modeling example is presented, which validates that the research and method are feasible and effective. Keywords: Flexible Multi-body Dynamics, Modal Neutral File, Flexible Body Modeling, Simulation Animation
《2024年基于ASM的柔性物体建模研究》范文
《基于ASM的柔性物体建模研究》篇一一、引言随着计算机图形学和物理模拟的快速发展，柔性物体的建模与模拟成为了计算机视觉和计算机图形领域的研究热点。
作为描述柔性物体形变的有效手段，ASM（Articulated Skinned Model）在物理引擎和游戏制作等领域有着广泛的应用。
本文旨在研究基于ASM的柔性物体建模方法，探讨其原理、方法及在现实应用中的效果。
二、ASM的原理及方法ASM是一种基于骨骼驱动的模型，其基本原理是通过骨骼（骨架）的移动来驱动皮肤（表面）的形变。
在ASM中，模型被分解为骨骼和皮肤两部分，骨骼控制着模型的形状和姿态，而皮肤则负责表现模型的表面细节。
通过调整骨骼的位置和姿态，可以实现对模型形变的精确控制。
在ASM建模方法中，通常包括以下几个步骤：1. 构建骨骼系统：根据物体的结构特点，构建出合理的骨骼系统。
2. 绑定皮肤：将皮肤绑定到骨骼上，使皮肤能够随着骨骼的移动而发生形变。
3. 调整骨骼姿态：通过调整骨骼的位置和姿态，实现对模型形变的控制。
三、基于ASM的柔性物体建模研究针对柔性物体的建模，基于ASM的方法具有较高的灵活性和可操作性。
在柔性物体的建模过程中，我们需要考虑物体的材质、形状、结构等因素，以及物体在受力作用下的形变过程。
基于ASM的柔性物体建模方法，可以通过调整骨骼的位置和姿态，实现对物体形变的精确控制。
具体而言，我们可以采用以下步骤实现基于ASM的柔性物体建模：1. 建立骨骼系统：根据物体的结构和形变特点，建立合理的骨骼系统。
2. 绑定皮肤和刚体动力学：将柔性物体的表面细节绑定到骨骼系统上，并应用刚体动力学原理，模拟物体在受力作用下的形变过程。
3. 调整骨骼姿态：通过调整骨骼的位置和姿态，实现对物体形变的精确控制。
同时，可以结合物理引擎，模拟物体在真实环境中的行为和反应。
4. 优化算法：针对建模过程中可能出现的计算量大、效率低等问题，我们可以采用优化算法对模型进行优化，提高模型的计算效率和准确性。
模态参数识别及有限元模型修正
m
模态参数识别（基本理论）
多自由度系统脉冲响应函数：
1 h(t) = 2π
T ϕ ϕ −ξ ω t j ωt i i H( ω ) e d ω = e sin ωdi t ∑ ∫−∞ i =1 miω di +∞ n
i 0i
多自由度系统自由响应：
x(t ) = ∑ α i ψ i e + α ψ e
模态参数识别（EMA）
数据采 集模块 振动信 号预处 理模块 振动信号 频域处理 模块 振动信号 时域处理 模块 模态参数 频域识别 方法 模态参数 时域识别 方法
数字信 号的生 成模块
1、1973年Ibrahim提出了一种利用位移、速度、加速度自由 响应识别系统复模态参数的时域法； 2、1977年Ibrahim提出了利用位移、速度、加速度自由响应 之一识别系统复模态参数的时域法ITD法； 3、1977年又应用随机减量技术获得随机激振下系统的由响 应识别系统复模态参数； 4、1985年又提出了省时的STD法。
模态参数识别（导纳圆法）
根据实测频响函数数据，用理想的圆去拟合实测的导纳圆，但由于模态测 试不可避免的误差，频响函数矢端不一定都落在理论圆上，从而必须找出 一个理论圆，使得圆上各相应点的数值与实测值之间的误差最小，即采用 最小二乘原理使其误差的平方最小的原则进行拟合。 以频响函数的实部为横轴，虚部位纵轴绘出导纳圆图。首先构造一个理想 I R (ω ) = y ；有： (ω ) = x ， H lp 圆方程：令 H lp
傅里叶变换
..
.
频响函数
(k − mω 2 + jcω ) X (ω ) = F (ω )
X (ω ) 1 1 H (ω ) = = = 2 F (ω ) k − mω + jcω m(ω n 2 − ω 2 + j 2ςω nω )
柔性体板簧建模与仿真应用
架采用柔性衬套连接 , 后轮 采用双胎 , 整车具有 73 个自由 度。仿真 模型如图 3所示。
图 7 平顺性仿真座椅表面垂向加速度曲线 ( 空载 ) Fi g. 7 Ve rtica lV ibration Acce leration C urve o f Seat w ithout Load
的整车在随机路面上的仿真结果 , 可进一 步结合平 顺性评价 标准进 行评价。
板簧虽然是最古老的悬架系统之一 , 但其至今仍被 广泛应用于 商用车上。怎样准确地捕捉板 簧的各种 特性 , 对于 操纵稳定 性和平 顺性的动力学仿真具有重要意义。目前国内研究的板簧 仿真模型主 要有如下 几种 : 一种是考 虑片间摩擦 , 建 立完整的板簧模 型 , 如王其 东 [ 1] 采用离散梁方法建立板簧仿真模型 , 并将结果 与试验进 行了比 较验证 , 还利用建立的板簧模型装配整车进行了整车的 平顺性研究 ; 郑银环
2 ) 整车装配以本文方法建立的板簧模型 , 按 G B /T 6323. 6- 94进 行稳态回转仿真 , 所得结果显 示样车具 有较好的 不足转向 特性。可 通过仿真结果取样绘制前后侧偏角之差与侧向加速度的关 系曲线及 车身侧倾角与侧向加速度的关 系曲线 , 可按照 Q C /T 480- 1999 进行 整车稳态回转计分评价预测。同 时 , 也可利 用本文模 型进行随 机路 面和脉冲路面的平顺性仿真。 3 ) 利用该模型 , 匹配不同前后悬架刚度 , 结合操纵稳定性仿真和 整车平顺性仿真结果 , 可对样车板簧刚度进行选择和改进调试。 参考文献 :
[ 2]
表 1 板簧硬点座标与特征参数 T ab. 1 Hard Spot and its C harcter Parame ters o f Leaf Sp ring 板簧 硬点 x /mm y /mm z /mm 质量 / kg 转动惯量 /( kg m 2 ) 左前 板簧 A B C 左后 板簧 A B C - 560 0 560 2 650 3 200 3 750 - 140 - 271 - 180 - 90 - 160 - 50 360 360 360 420 420 420 38 . 857 23 . 522 Ix = 0 . 058 Iy= 2 . 271 Iz = 2 . 315 Ix = 0 . 134 Iy= 3 . 390 Iz = 3 . 492
ADAMS柔性体建模方法的研究
文章编号:1008-1402(2007)03-0370-02ADAMS柔性体建模方法的研究栾锡富(佳木斯大学机械工程学院,黑龙江佳木斯154007)①摘 要: 介绍ADAMS柔性体基本理论及在ADAMS中调入柔性体的几种方法,其中重点介绍了在基于ADAMS的虚拟样机中引入柔性体的理论及方法,并分析比较了不同方法的特点,指出用ADAMS软件柔性化方法进行设计研究的重要意义.关键词: 柔性体;ADAMS;模态中性文件中图分类号: TP391.29 文献标识码: A0 引 言机械系统中的柔性部件对系统的动态特性有很大的影响,过去分析时建立的模型,其构件都是属于刚体,在作运动分析时不会发生弹性变形.而实际上,机构受力后会有较大的变形.ADAMS软件是著名的机械系统动力学仿真分析软件,分析对象主要多是刚体,但ADAMS提供了柔性体模块,运用该模块可以实现柔性体运动仿真分析,以弹性体代换刚体,可以更真实地模拟物体的运动.1 ADAMSΠFlex柔性模块[1]ADAMSΠFlex是ADAMS软件包中的一个集成可选模块,它提供ADAMS与有限元分析软件AN2 SY S,NASTRAN,ABAQUS之间的接口.利用此模块可以考虑物体的弹性,在模型中引入柔性体,从而提高系统仿真的精度.ADAMSΠFlex是采用模态柔性来表示弹性的.其基本思想是赋予柔性体一个模态集,采用模态展开法,用模态向量和模态坐标的线性组合来表示弹性位移,通过计算每一时刻物体的弹性位移来描述其变形运动.ADAMSΠFlex中的柔性体可采用(M NF)来描述,该文件是一个独立于操作平台的二进制文件,它包含以下信息:几何信息、结点质量和惯量、模态、模态质量和模态刚度.如果是有限元专家,可以自己将有限元结果写成模态中性文件,但更可行的方法是利用ANSY S,NASTRAN,ABAQUS等商品化有限元软件包进行分析后将结果转换成模态中性文件[2].一旦创建了模态中性文件,就可以将它输入到ADAMSΠView或ADAMSΠS olver中,建立相应零件的柔性体.具体的操作流程如下:图1 ADAMS柔性体建模流程导入中性文件M NF生成的柔性体模型最大的缺点就是很难定义作用力,只有当柔性体是主动(施力)物体时才能在其上施加下列作用力:具有六个分量的广义力向量、具有三个分量的力向量、具有三个分量的力矩向量.如果柔性体是被动(被加载)物体,则可以通过在柔性体上附加一个无质量联接物体,将以上作用力加在无质量联接物体上.要建立一个无质量联接物体,只需要去掉物体的几何体即可,因为在缺省情况下ADAMSΠView是根据物体的几何体来确定其质量的.2 离散化的方法运用离散化的方法建立柔性体模型是在AD2AMS中创建柔性体模型的另一种方法.下面以连续梁为例,介绍如何用离散化的方法创建柔性体.在ADAMSΠView中,从“Build”主菜单的下拉菜单中,选择“Flexible Bodies”,接着选择“DiscreteFlexible Link”,一个创建柔性体的对话框就出现了[3],如图2所示.在对话框里要填写如下内容:“Name”一栏中,输入要创建的连续梁的名字.①收稿日期:2007-03-12作者简介:栾锡富(1949-),男,黑龙江佳木斯人,佳木斯大学机械工程学院副教授. 第25卷第3期 佳木斯大学学报(自然科学版) Vol.25No.3 2007 年05月 Journal of Jiamusi University(Natural Science Edition) May 2007“Segment ”一栏中,输入要把连续梁分成几段.在“Dam ping Ratio ”一栏中,输入要加在所有模态上的阻尼率,或选择缺省值.要为连续梁确定两个端点,“Marker1”,“Marker2”.图2 连续梁生成对话框最后选择“OK ”,在ADAMS ΠView 中显示生成的连续梁模型.ADAMS 中的连续梁是由若干个无质量横梁(Massless Beam )由连接器(connector )工具连接而成.可以通过修改无质量梁特性对话框来定义无质量横梁的力学特性来构造实际工程状态下不同力学性能的连续梁.在此对话框中,可以定义转动惯量(I xx ,I yy ,I zz ),剪切率(Shear Area Ratio ),杨氏模量(Y oung ’s M odulus ),剪切模量(Shear M odulus ),阻尼率(Dam ping Ratio )等.通过对这些参数的控制,我们可以构造不同力学特性的连续梁.连续量的构建方式给了我们启示,我们可以用这种离散化的方法来创建柔性体.把具有一定几何实体的ADAMS 刚性模型分割成多个实体块,并定义其中每个实体块的力学特性,来构建ADAMS 柔性体.3 结束语传统的设计方法,在柔性体建模方面有很大的局限性,用ADAMS 软件柔性化方法,可以很方便地进行设计研究,更能体现该方法重要意义.参考文献:[1] ADAMS ΠF LEX User ’s M anual.M echanical Dynamics Inc.2000.[2] 梁浩,余跃庆,张成新.基于ADAMS 及ANSY S 的柔性机器人动力学仿真系统[J ].机械科学与技术,2002,21(6):892-895.[3] 李军,邢俊文,谭文洁.ADAMS 实例教程[M].北京:北京理工大学出版社,2002.R esearch on Modeling Method of Flexible Bodies Using ADAMSLUAN Xi -f u(College of Mech anical E ngineering ,Jiamusi U niversity ,Jiamusi 154007,China )Abstract : This paper introduces the basic theory of ADAMS flexible body and s ome methods to add flexible bodies to a m odel in ADAMS.The main point is that the theory and methods put the flexible body into virtual prototype based on ADAMS.M oreover ,it analyzes the characteristics of different methods and points out the im portant sense of the theory and methods which put the flexible body into virtual prototype based on ADAMS in the design and research.K ey w ords : flexible bodies ;ADAMS ;M NF173第3期栾锡富:ADAMS 柔性体建模方法的研究。
有限元模型修正中若干重要问题
ters ,and this is one reason why the direct methods of model updating are not favored. ” (2 ) 基 于 灵 敏 度 的 模 态 修 正 ( Sensitivity-Based Model Updating) : 这种方法利用行为参数关于模型参数的导
阶 ,参数化和正则化 ,以及有限元模型修正中的贝叶斯概率方法 。 关键词 : 映射 ,降阶 ,参数化和正则化 ,概率方法 中图分类号 : TH113. 1
0 引 言
就一般的的动力系统而言 ,根据所建立的数学模 型 ( 如有限元模型 ) , 由模型参数 ( 如材料常数和几何 参数) 来求行为参数 ( 模型的频率和模态形状 、 脉冲响 应或频率响应函数等) ,称为结构动力学正问题 ( Direct Problem) ; 而由行为参数反推模型参数 , 称为逆问题
可划归成 Hadamard 意义下的适定问题 。他们在理论 和方法上的研究成果 , 已成为今天反问题研究的数学 基础 。 对非适定问题及其数值解法的研究工作很多 ,最 [19 ] 有影响的当推 Tikhonov 的著作 《不适定问题解法》 , 书中提出了不适定问题的正则化思想 , 并且给出了具 体算法 ,它为求解不适定问题提供有力手段 , 使得许 多不适定问题在正则化下迎刃而解 。与正则化类似 的另一种解决不适定问题的方法是 Phillips 光滑化方 法 ; 现已证明 , 这种引入光滑矩阵来改善解的光滑性 质的方法是 Tikhonov 正则化在某些条件下的特殊情 况 [21 ] 。 可以在各种算法之中引入约束 , 比如选择法 , 截 断奇异值法 ,截断 QR 法 ,迭代法以及特征函数展开法 等。 病态的噪声方程组的处理 ,是对有限元模型修正 极为重要的问题 。正则化集中围绕如下线性方程组 θ= b J ( 20) 式中 θ( = △ p) n 维参数变更向量 , 它是需要确定的未 知量 ; 而 b 是 m 维残数向量 , 它是从实测数据和模型 的现时估计得出的 ; 一般 , J m ×n 是灵敏度矩阵 , 数学上 称为 Jacobi 阵 , 在模型修正中测量输出 ( 诸如 , 固有频 率 ,模态形状和频率响应函数 ) 间的关系一般是非线 性的 ,方程 ( 20 ) 是借助一阶泰勒展开的线性方程 , 用 迭代法求解直到收敛 , 详情细节可参看文献 [ 8 ,9 ] 。 当 b 被附加的 , 具有零均值的独立随机噪声污染时 , 众所周知 , 只要 rank ( J) = n , 那么最小二乘解 θ LS 时唯 一的而且无偏 。当 J 接近秩亏时 , 那时小的噪声水准 会导致估计参数离它们的精确值的巨大偏差 。这种 解叫做不稳定的 , 同时方程( 20) 是病态的 。 不同的问题发生在 n > m 之时 , 那时 ( 20) 是欠定 的 , 它有无穷多个解 , 形式为 θLS = J + b ( 21) 的解给出最小范数解 , 式中 J + 是 Moore- Penrose 逆 。对 于 rank ( J) = r < min ( n , m ) 场合 , 奇异值分解 ( Singularvalue Decomposition) 给出最小范数解 。这是业已在模 型修正中广泛应用的一种正则化形式 。不幸的是 , 最 小范数解很少导致有物理意义的修正参数[17 ] 。 模型修正经常导致病态的参数估计问题 。一种 卓有成效的正则化形式是放约束到参数上 , 一种可能 的约束 ,是使原模型和修正的模型的参数之间的偏差 达到极小 。比如 ,在框架结构中可以有若干个名义上 等同的 T - 连接点 。由于制造公差 , 这些连接点的参 数将稍有差异 , 虽然这些差异很小 。因此 , 可以对在 这些参数加上侧边约束 ( Side Constraint ) 使得残数和名 义等同的参数间的差异达到极小 。因此 ,如果 ( 20) 生