[发明专利]线性周期栅格夹层结构有限元模型修正方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及线性周期栅格夹层结构有限元模型的修正方法的改进，具体讲是一种对线性周期栅格夹层结构有限元模型的修正方法。其主要针对在环境荷载的激励下，利用动力测试对材料进行模型误差修正的方法。本发明提出适用于线性周期栅格夹层结构的模型误差修正方法，用于建立正确的结构有限元模型，提高材料的分析精度。

背景技术

减重是航空航天领域永恒的主题。近年来，超轻材料的长足发展对飞行器结构设计和安全评估提出了新课题。从材料微结构特点看，超轻材料分为两大类，一是有序的点阵或栅格材料，二是无序的泡沫材料。研究表明，点阵材料具有超轻和足够高韧性的特点，是一种理想的轻质结构材料。了解点阵材料结构的动力学行为对飞行器结构分析设计有着重要的意义。

一般而言，关于结构动力学行为分析的方法，一是通过有限元离散方法进行数值仿真，二是试验建模，即通过结构实验对模型动力特性进行辨识和修正。有限元方法由于具有适应性广、分析速度快、设计周期短、和结构动力实验相比费用很低等优点，在实际工程中得到了广泛应用。然而，在多数情况下通过有限元数值分析得到的结果与实验得到的结果并不能很好的吻合，导致这一现象的原因是通过有限元离散化建立的模型与实际对象比较往往存在一定的误差，当这些误差较大时，将导致由有限元所分析得到的结构模型动力特性与实际的测量结果相比有较大的出入，甚至超过了工程实践中所要求的精度，此种情况下需要借助实验结果分析和模型修正(model updating)技术对数值模型进行修正，以达到正确预测结构行为的目的。

大型结构模型修正中存在的关键问题是测量信息有限、修正目标众多以及模型修正前后的关联性，试图通过单一的修正过程来完全解决这些关键性问题无疑十分困难，把复杂的修正过程来分步实现成为可能。因此，提出一种利用子结构模态信息的模型修正方法方法，简称SMSM(Substructure Model Substructure Mode)，以期为实际工程结构的模型修正提供新的方法。

发明内容

利用模态分析技术进行栅格夹层结构模型修正是在模态分析技术发展到比较完备阶段的边缘应用技术。它的基本原理是：结构模型误差会引起分析模态参数相对与真实模态参数的变化，从而通过模态参数的变化来判定、评价模型误差。

从基于结构动力特性变化的结构模型修正方法的文献中，可以看到大多数方法存在一些实际应用的局限，需要完备的模态信息，高阶的模态参数等等。本发明针对上述局限性，提出新的发明目的是：应用子结构模型子结构模态(SMSM)方法，在结构误差位置已知的情况下，对结构模型误差系数进行确定，本发明只需要低阶的局部的结构模态信息就能对线性周期栅格夹层结构有限元模型的误差系数给出准确的判定。

本发明是基于一个典型的线性周期栅格夹层结构，其主要构件是由水平撑构件和斜撑构件组成的。当栅格夹层梁中的构件模型存在误差的时候，例如构件刚度值降低，与此相对应，该构件附近的模态振型有显著的变化，从而通过模态和结构的关系来判定、评价损伤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用工线性周期栅格结构振动的实测数据，通过系统参数识别技术判断结构动力参数的变化，将结构所识别模态参数损伤前后相应值之间的显著差异作为模型存在误差的标志，并利用已有技术判断结构误差的位置后，采用本技术方案中子结构模型子结构模态(SMSM)方法建立模型误差系数与结构参数的关系确定结构模型误差系数，其包括如下步骤：

(1)数据采集步骤：采集材料“真实”状态的环境荷载激励下动力响应数据，并存入专用存储器中，其次，将上述材料的“真实”状态的环境荷载激励下动力响应数据存入存储器；

(2)模型误差识别定位步骤：利用模态参数识别技术取得“真实”和“分析”结构的模态参数，并确定结构模型误差出现的位置；

(3)结构模型误差系数确定步骤：确定模型误差位置之后，应用子结构模型和模态提供的信息诊断上述结构模型误差系数。

所述的(3)结构模型误差系数确定步骤中应用SMSM方法确定结构的误差系数，是利用了结构模型误差与结构振动参数的关系，即：

结构振动控制方程：