[发明专利]一种基于模态试验数据的飞行器模型修正系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模态试验数据的飞行器模型修正系统，适用于航天产品结构设计过程中对有限元模型进行修正，属于虚拟试验技术领域。

背景技术

一般大型结构在激励作用下受到的严重振动及其造成的破坏，本质而言都是由于模态参数不合理造成的。结构模态分析可以通过模态试验（实物试验）和有限元分析（虚拟试验）两种途径实现。模态试验是航天器重要的大型地面试验之一，其目的是获取固有频率、阻尼比、阵型和阵型斜率等模态参数供姿控系统设计使用。随着动态测试、分析设备等技术的发展，模态试验可得到比较精确的模态参数。但是，受到研制成本和周期的限制，传统地面试验难以验证全部飞行试验状态，而有限元分析又存在模型建立过程中的拓扑结构、材料属性、载荷、约束条件和模型维数缩减等误差，导致分析结果精度难以保证。工程上，一般利用有限的试验数据对有限元模型进行修正，然后基于修正后模型预示更多的试验状态。

已受理国家发明专利《一种虚实模态对比验证系统》(专利受理号：201210428672.3)实现了模态虚拟试验结果与实物试验结果的定性和定量对比，但是没有模型修正的功能。因此，需要建立一种基于模态试验数据的飞行器模型修正系统，得到精确的有限元模型，从而预示更多的试验状态。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于试验数据的飞行器模态模型修正系统，实现了有限元分析结果和试验结果的对比验证和有限元模型修正，，提高了模型修正效率,增强了虚拟测试的全面性和准确性。

本发明的技术解决方案为：一种基于模态试验数据的飞行器模型修正系统，包括：核心数据结构模块、CAE数据导入模块、试验数据导入模块、三维显示模块、MAC矩阵计算模块、三维MAC矩阵显示模块、有限元模型更新求解模块和模型修正模块；

核心数据结构模块，接收CAE数据导入模块和试验数据导入模块的虚拟和实物试验数据，并将所述虚拟和实物试验数据存储在内存中，供三维显示模块、MAC矩阵计算模块、有限元模型更新求解模块和模型修正模块调用；

CAE数据导入模块，接收外部输入的飞行器模态虚拟试验文件并对该文件进行解析，将解析得到的飞行器的有限元模型(含单元属性和材料特性)以及基于该有限元模型的模态虚拟试验结果（含固有频率和阵型）转换成核心数据结构模块中预设的数据结构所要求的格式，并将转换之后的有限元模型和虚拟试验结果发送给核心数据结构模块；

试验数据导入模块，接收外部输入的飞行器模态实物试验文件并对该文件进行解析，将解析得到的飞行器的试验测点信息和基于所述测点的实物模态试验结果（含固有频率和阵型），转换成核心数据结构模块中预设的数据结构所要求的格式，并将转换之后的试验模型和结果数据发送给核心数据结构模块；

三维显示模块，将飞行器的有限元模型以及基于有限元模型的模态虚拟试验结果还原成可视化三维图形并且显示出来，同时三维显示模块也将飞行器的试验测点信息和基于所述测点的实物模态试验结果还原成可视化三维图形并且显示出来；

MAC矩阵计算模块，根据虚拟和实物试验数据计算出模态虚拟试验结果和模态实物试验结果之间各阶模态的相关性，得到模态置信准则（MAC）矩阵供三维MAC矩阵显示模块和模型修正模块调用；

三维MAC矩阵显示模块，将各阶的相关性信息按照矩阵形式显示出来；

有限元模型更新求解模块，调用核心数据结构模块的有限元模型数据，接受模型修正模块发来的修正参数，然后设置模态分析的模态阶数、频率起止范围，选择Lanczos法作为求解算法，生成Nastran标准的输入文件（.bdf），即有限元模型文件；利用“Nastran.exe*.bdf”命令调用Nastran进行有限元分析求解，得到模态虚拟试验结果文件（.op2）；最后调用CAE数据导入模块把有限元模型和虚拟试验结果导入到核心数据结构模块中；

模型修正模块，能根据虚实模态试验结果的差异对有限元模型进行自动修正，以满足工程对有限元模型精度的要求。首先调用MAC矩阵计算模块得到的MAC矩阵，筛选出核心数据结构模块中虚拟试验的可用模态，并调用核心数据结构模块中有限元模型的单元属性和材料特性设置修正参数，然后由核心数据模块中的虚实固有频率和MAC矩阵计算模块得到的MAC矩阵构造目标函数；利用IMSL数学函数库提供的优化模块，调用有限元模型更新求解模块、CAE数据导入模块、核心数据模块、MAC矩阵计算模块对有限元模型进行修正迭代求解，直到满足修正结束判据完成有限元模型修正。