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原文传递基于粒子群优化算法的结构有限元模型修正

论文题名：	基于粒子群优化算法的结构有限元模型修正
关键词：	桥梁结构;粒子群优化算法;灵敏度分析;有限元模型;修正方法
摘要：	正确可靠的结构分析与精确有限元模型密切相关,而受材料、施工、环境等多因素的影响,有限元模型往往和实际工程结构存在较大误差。如何改善既有结构的仿真建模精度,减少有限元模型分析结果与实测结果之间的误差,已成为近年来研究的热点问题,并取得了一系列的研究成果。但是由于受到人们认识水平、测试技术和现场条件的限制,使得基于动力测试的结构损伤识别的有限元模型修正还存在很多问题且无法有效应用于工程实践。基于此,研究能适合工程实际应用并且损伤识别结果可靠准确的结构有限元修正模型具有十分重要的现实意义。本文在已有研究成果的基础上,针对目前研究中存在的问题,对桥梁结构有限元模型修正方法进行了研究,主要工作有: 　　(1)以某运营多年的实桥为例,运用全面的桥梁检测技术,对主梁和主要的连系构件进行初步损伤诊断和分析,依据其检测结果,首先使用基于优化设计的模型修正方法建立结构的初始模型,然后根据桥梁局部参数变化较大的“大损伤”情况,分别采用传统的全局变量参数修正和本文提出的构件局部参数修正,利用ANSYS软件建立其参数化模型用一阶优化算法进行修正。对比不同的变量设置方法的计算结果与实验结果,指出传统算法在某些结构变量设置上存在的不足,以为工程实际参考。　　(2)在对各变量灵敏度分析中,仿真结果显示多个同类灵敏度较低的变量对有限元模型的共同影响可能会超过个别灵敏度较高的变量的情况,建议有限元模型修正中谨慎舍弃灵敏度较低的参数。　　(3)在介绍反问题和模型修正方法的基础上,提出了粒子群优化算法的损伤识别方法,并尝试通过MATLAB与ANSYS计算文件的交互实现混合编程,建立了基于粒子群优化的结构有限元模型修正方法,克服了传统优化算法在计算中碰到的由于梯度矩阵病态或奇异而使计算结果无法收敛的可能,提高了计算结果的可信度,适合于实际工程应用。　　(4)以文中检测的实桥为例,分别采用了基于一阶优化算法和粒子群优化算法的有限元模型修正对实桥主梁关键位置的损伤进行识别研究,计算结果总体趋于一致,且后者结果与实桥测试结果更为接近,说明本文提出的粒子群优化算法是合理的、有效的,这为既有结构的损伤识别和状态评估提供了一个新思路。　　(5)对比了两种损伤识别方法的优缺点。粒子群优化算法计算时间较长,但可以避免由于梯度矩阵病态或奇异而导致优化结果病态可能,从而解决了大型复杂结构在计算上存在的困难。而ANSYS自带的一阶优化算法比较成熟,更适合一般的简单工程结构优化分析。　　总之,本文所提出的基于粒子群优化算法的结构有限元模型修正能够对既有桥梁结构状态进行客观、可靠的优化分析,可为工程实践提供参考。
作者：	安玖臻
专业：	工程力学
导师：	王爱勤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文