[发明专利]一种桥式起重机金属结构有限元模型修正方法

权利要求书

1.一种桥式起重机金属结构有限元模型修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1建立初始有限元模型，具体包括：

S1.1结构简化：在起重机金属结构中，由主梁和端梁组成的桥架结构是主要承载构件，在有限元建模过程中，将桥式起重机金属结构简化为主梁和端梁组成的桥架结构并将走台、小车和司机室的自重以集中力的形式加载到桥架的相应位置；

S1.2创建三维模型：分别建立主梁结构的上翼缘板、下翼缘板、左腹板、右腹板和内部隔板，然后装配得到主梁三维模型，采用同样的方法建立端梁模型，最后将建立好的主梁模型和端梁模型进行装配得到整体桥架结构；

S1.3确定材料和载荷：桥架结构主要由Q235普通碳素结构钢焊接而成，依据起重机设计规范中规定的起重机载荷，结合桥式起重机的实际工况，桥架结构主要考虑常规载荷，即在起重机正常工作中发生的载荷，包括由重力产生的载荷，因加速度及各种位移引起的载荷；

S1.4确定边界条件：将大车与导轨之间的连接等效为一端固定另一端铰支的简支梁结构，在两个端梁的大车轮心处分别建立参考点RP1，RP2，RP3和RP4，并将各参考点与其对应的端面耦合；

S1.5划分网格：主梁、端梁均为实体单元建模，网格类型为四面体单元；

S2基于灵敏度分析确定有限元模型待修正参数：

S2.1确定待修正参数：选取主梁截面尺寸和弹性模量为待修正参数，截面参数包括：上盖板宽度S₁、下盖板宽度S₂、腹板高度t、上盖板厚度b₁、下盖板厚度b₂、左腹板厚度f₁、右腹板厚度f₂；

S2.2参数灵敏度分析：假定能够引起结构频率变化的参数为P_k，用频率的变化率除以参数的变化率，即得频率对该参数的灵敏度S_e：

其中，f_i^s和f_i^d分别为参数修正前后结构的模态频率，为参数原始值，为修正值；

S3采用中心复合试验设计方法建立待修正参数的二阶响应面模型：

S3.1试验设计：为了建立结构响应和修正参数间的显示函数关系式，采用中心复合设计通过初始有限元模型计算得到结构响应和修正参数样本；

S3.2建立响应面模型：

响应面方法基于统计学理论将系统输入x_i与输出y近似表达成一种显式数学关系式：

y＝f(x₁,x₂,…,x_k)+δ

其中，k为输入参数的数目，δ表示f中未考虑的可变性因素，采用考虑交叉项间相互效应的二次多项式模型：

式中，β₀、β_i、β_ii和β_ij分别为响应面模型的常数项、一次项、二次项和交叉项系数；

S3.3模型精度检验：采用常用的相关系数R²进行响应面模型精度检验，计算公式：

式中，f_res和f_fem分别为响应面模型和有限元模型的计算值，为设计样本有限元结果的均值，N为样本数目，R²的取值越接近1表明响应面模型的精度越高；

S4模型修正：

模型修正的目标函数J(x)定义为：

其中，x为待修正参数向量，r_i(x)为第i类结构响应实测值和计算值间的残差函数，m为输出响应类型数目，α_i为残差函数的权重系数；

所述的结构响应包括静力响应和动力响应，以模态频率f作为输出响应修正初始有限元模型，对应的残差函数r_f(x)定义为：

其中，n为输出频率的阶数，f_i^e和f_i^a分别为第i阶频率的试验值和计算值；

根据待修正参数的可取值范围，得约束条件：

min J(x)

s.t.x_min≤x≤x_max

式中，x_min和x_max分别为待修正参数的上下界。