專利名稱:一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法。
背景技術(shù):
現(xiàn)代航天器大多采用平臺(tái)化、模塊化設(shè)計(jì),新型航天器往往采用對(duì)成熟平臺(tái)的改進(jìn)就能完成設(shè)計(jì),盡量縮短研制周期,節(jié)約研究經(jīng)費(fèi),以適應(yīng)空間市場(chǎng)的快速發(fā)展。隨著有限元計(jì)算軟件的不斷研發(fā)和完善,有限元計(jì)算結(jié)果已能夠在一定程度上代替結(jié)構(gòu)試驗(yàn),得到具有一定精度的分析數(shù)據(jù),從而對(duì)航天器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和在軌運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行快速分析。有限元模型修正技術(shù)在航空航天工程中應(yīng)用廣泛,高精度的有限元模型是準(zhǔn)確進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)特性分析的基礎(chǔ)。由于建模誤差等因素影響,有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果之間總存在著難以消除的差異,利用結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)響應(yīng)修正有限元計(jì)算響應(yīng),使得修正后有限元模型計(jì)算響應(yīng)值與試驗(yàn)測(cè)量值一致的過程即為有限元模型修正。有限元模型修正利用實(shí)際結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)響應(yīng)數(shù)據(jù)修正有限元理論模型計(jì)算數(shù)據(jù),從而縮小理論模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)之間的誤差,使得修正后模型計(jì)算的響應(yīng)值與試驗(yàn)值趨于一致。運(yùn)用模型修正技術(shù)可以省掉一些大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn),根據(jù)需要僅作零部件級(jí)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和修正,以使修正后的有限元模型能夠代表真實(shí)的結(jié)構(gòu)模型。修正過程充分利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和有限元分析兩者優(yōu)點(diǎn),用少量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)有限元模型進(jìn)行修正,修正后模型可以進(jìn)行代替實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行多種分析,節(jié)約試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有有限元模型修正方法效率低、精度有限的問題,本發(fā)明提供了一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法。本發(fā)明的基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn),將結(jié)構(gòu)參數(shù)χ = [X1, x2, . . . xn]按不同水平分為k組,則第k組的結(jié)構(gòu)參數(shù)表示為Xt = [xf,x2\...x 1,k取整數(shù);二、選定用于構(gòu)造響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)參數(shù)χ = [X1, x2, ...xn]的初始迭代點(diǎn),記為 X0 = ,初始迭代點(diǎn)取k個(gè)組處結(jié)構(gòu)參數(shù)的平均值;三、用式(1)計(jì)算第j組處結(jié)構(gòu)的響應(yīng)值元,如下
權(quán)利要求
1. 一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法,其特征在于基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn),將結(jié)構(gòu)參數(shù)X= [X1, X2, ... Xn]按不同水平分為 k組,則第k組的結(jié)構(gòu)參數(shù)表示為Xt ,k取整數(shù);二、選定用于構(gòu)造響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)參數(shù)X= [X1, X2, ... Xn]的初始迭代點(diǎn),記為 X0 = ,初始迭代點(diǎn)取k個(gè)組處結(jié)構(gòu)參數(shù)的平均值;三、用式(1)計(jì)算第j組處結(jié)構(gòu)的響應(yīng)值A(chǔ),如下
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法,其特征在于步驟三的式(1)中σ表示結(jié)構(gòu)參數(shù)χ = [X1, X2,... xn]范圍的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法,其特征在于步驟五中采用相對(duì)均方根誤差RMSE和決定系數(shù)R2判斷響應(yīng)面模型有效性,計(jì)算公式分別如式(8)和式(9)所示有效則可將所構(gòu)造的響應(yīng)面用于適應(yīng)度函數(shù)的構(gòu)造,無(wú)效則返回步驟一重新進(jìn)行參數(shù)分組及響應(yīng)面構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法,其特征在于步驟八中μ =4時(shí)為完全混沌狀態(tài),此時(shí)CXi在(0,1)范圍內(nèi)遍歷。
全文摘要
一種基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法,涉及基于響應(yīng)面建模和改進(jìn)粒子群算法的有限元模型修正方法。解決現(xiàn)有有限元模型修正方法效率低、精度有限問題。將結(jié)構(gòu)參數(shù)分組,選初始迭代點(diǎn),計(jì)算響應(yīng)值,用最小二乘法得響應(yīng)面模型函數(shù),有效則計(jì)算模態(tài)頻率值,構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù),按適應(yīng)度將結(jié)構(gòu)參數(shù)分為優(yōu)解群和劣解群,優(yōu)解群粒子利用Logistic映射及反映射得原結(jié)構(gòu)參數(shù),再更新得當(dāng)前新速度和位置并重新計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值,劣解群粒子進(jìn)行變異并計(jì)算變異后粒子適應(yīng)度;確定新一代個(gè)體最優(yōu)和群體最優(yōu),滿足終止條件則輸出最優(yōu)解,否則繼續(xù)迭代。將響應(yīng)面建模和粒子群算法結(jié)合對(duì)有限元模型進(jìn)行修正,有效提高修正的效率和精度。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102495932SQ201110415690
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者孔憲仁, 孫兆偉, 宮曉春, 曹喜濱, 王本利, 秦玉靈, 羅文波, 耿云海 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)