工程结构有限元模型评估方法技术

本发明专利技术公开一种工程结构有限元模型评估方法，包括如下步骤：（１）建立评估方法的数学模型；（２）建立有限元模型的评估模型；（３）利用评估模型计算工程结构的力学特征的上下界；（４）运用数学模型，根据上下界和实测数据对有限元模型的质量进行评估。本发明专利技术通过建立有限元模型的评估模型，并建立评估方法的数学模型，可以对有限元模型的质量进行客观的评估，实现工程结构有限元模型的质量评估，可填补目前有限元方法研究与应用的空白，保障工程设计人员正确地建立和应用有限元模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于工程结构有限元模型的评估方法，用于对工程结构有限元 模型的质量进行客观的评估。
技术介绍
有限单元法是目前应用最为广泛的数值分析方法之一，它基于离散的思想，将连 续的求解区域分为一组数目有限、相互连接的单元的组合体。利用假设的近似函数来分片 地表示求解域上待求解的场函数，将场函数在各个节点上的数值归结为新的未知量，从而 使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。有限单元法已经成为工程中不可或缺的、具有广泛应用效力的数值分析方法，大 量的有限元建模与分析软件，如MSC\PATRAN、MSC\NASTRAN、ANSYS, ALGOR、ABAQUS等，在方 便设计人员的同时，也促进了有限元分析技术的推广与应用。目前，在土木、机械、航空航天 甚至医学等工程领域，在设计分析的各个环节均广泛采用有限元模型。然而，随着工程结构复杂程度的不断提高，有限元模型的质量问题日益凸显。由于 分析过程中存在着众多的不确定性因素以及引入了多种假设，使得有限元模型必然存在误 差，例如边界条件的误差，物理参数的误差，结构连接条件失真，局部或整体的非线性，单元 类型的选择和单元的划分不适当，实际系统状态和分析的状态不一致等，有限元分析结果 不可能准确地反映结构特性。随着有限元模型在工程中日益广泛的应用，有限元模型的质 量评估将成为不可回避的问题。因此迫切需要一种评估技术，对工程结构有限元模型的质 量进行评估。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工程结构有限元模 型评估方法。技术方案本专利技术所述的，包括如下步骤(1)建立评估方法的数学模型，具体方法为(11)确定工程结构的力学特征；(12)以结构的力学特征为因变量，以结构参数为自变量，建立数学模型；(13)依据数学模型，确定质量合格与质量不合格的判据。(2)建立有限元模型的评估模型，具体方法为(21)采用试验设计方法确定样本点；(22)以样本点对应的结构参数进行有限元计算；(23)采用有限元计算获得的结构的力学特征数据，通过拟合获得评估模型。(3)利用评估模型计算工程结构的力学特征的上下界，具体方法为(31)确定结构参数的区间；(32)利用评估模型，计算在上述区间上，结构的力学特征的上下界(4)运用数学模型，根据上下界和实测数据对有限元模型的质量进行评估，具体 方法为根据上下界和实测数据进行评估，如果实测数据在上下界内，则有限元模型质量合 格；如果实测数据超过上下界，则有限元模型质量不合格。本专利技术方法重点解决评估方法的数学模型的建立、有限元模型的评估模型的建 立，以及如何应用该方法对工程结构有限元模型的质量进行客观地评估。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为本专利技术通过建立有限元模型的评估模型， 并建立评估方法的数学模型，可以对有限元模型的质量进行客观的评估，实现工程结构有 限元模型的质量评估，可填补目前有限元方法研究与应用的空白，保障工程设计人员正确 地建立和应用有限元模型。附图说明图1为实施例1、2中弹性支承的梁结构；图2为实施例1边界采用弹性单元模拟的梁结构有限元模型A模型；图3为实施例2边界采用固支模拟的梁结构有限元模型B模型。具体实施例方式下面对最佳实施例进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例1图1所示为一个弹性支承的梁结构，该梁结构长700mm，弹性支承长100mm。图2为 其有限元模型A模型，A模型主体划分为10个梁单元，每个单元长70mm，EI表示截面刚度。 弹性支承的边界采用两个弹簧单元模拟，Kr表示扭转弹簧刚度，Kt表示竖向弹簧刚度。下 面采用本专利技术的办法对A模型进行评估。(1)建立评估方法的数学模型，具体方法如下首先，以图1所示弹性支承的梁结构前6阶模态频率作为力学特征。其次，将梁结构前6阶模态频率作为因变量，以10个梁单元刚度参数和2个弹簧 刚度参数共12个参数作为自变量，建立集合模型。最终，依据集合模型，确定质量合格与质量不合格判据。质量合格判据为若有限 元模型前6阶计算模态频率均在集合内，则有限元模型合格。质量不合格判据为若有限元 模型前6阶计算模态频率有任意一阶不在集合内，则有限元模型不合格。(2)建立有限元模型的评估模型，具体方法如下首先，以10个梁单元的刚度参数和2个弹簧单元刚度参数作为D最优试验设计方 法的因素，确定样本点，这里的样本点将表达为归一化数据。其次，将上述归一化的样本点数据转换为对应的结构刚度参数。采用这些结构刚 度参数进行有限元计算。最终，将有限元计算获得的结构计算模态频率和12个刚度参数通过拟合获得评 估模型。评估模型可以采用多种形式，例如多项式形式、神经网络形式等，以下以多项式形 式的评估模型为例进行说明令f代表结构的力学特征，即前6阶模态频率，Pj e [-1，1]代表归一化的结构参数，即10个梁单元的刚度参数和2个弹簧单元刚度参数。β ^和是待定的系数，那么模态频率和12个刚度参数之间存在以下关系m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种工程结构有限元模型评估方法，其特征在于包括如下步骤(1)建立评估方法的数学模型；(2)建立有限元模型的评估模型；(3)利用评估模型计算工程结构的力学特征的上下界；(4)运用数学模型，根据上下界和实测数据对有限元模型的质量进行评估。2.根据权利要求1所述的工程结构有限元模型评估方法，其特征在于步骤(1)的具体 方法为(11)确定工程结构的力学特征；(12)以结构的力学特征为因变量，以结构参数为自变量，建立数学模型；(13)依据数学模型，确定质量合格与质量不合格的判据。3.根据权利要求1所述的工程结构有限元模型评估方法，其特征在于步骤(2)的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：费庆国，韩晓林，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84