波形腹板钢箱-混凝土箱梁桥的有限元模型修正

为了缩小波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥有限元值与实测值之间的偏差，提出了采用响应面法和Fmincon算法相结合的桥梁有限元模型修正方法. 以甘肃景中机场连接线的一座波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥为研究对象，首先对其进行静、动载试验，获得其弯曲振动频率、挠度及应变的实测值；其次分别采用实体和板壳模式的有限元建模获得该桥相应的弯曲振动频率、挠度及应变的计算值，通过与实测值对比分析后，选取较为精确的实体模式有限元模型作为修正的初始有限元模型；随后在合理选择设计参数的基础上，通过中心复合试验设计得到相应的结构响应，采用最小二乘法拟合得到结构响应和设计参数之间的二次多项式回归方程，并构造目标响应与相应响应实测值差值的目标函数；最后运用Fmincon算法对目标函数进行迭代计算，获得参数修正值及该桥的基准有限元模型. 研究结果表明:采用响应面法和Fmincon算法相结合的方法对波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥的有限元模型进行修正切实可行，具有修正过程简单、计算收敛速度快等特点，计算时间在0.25～0.75 s内，一阶弯曲振动频率相对误差由4.85%依据不同响应组合修正到1.62%～2.91%不等；通过对遗传算法和Fmincon算法的比较发现，Fmincon算法显著提高了模型修正效率，可为实际工程中该类桥梁的有限元建模分析及力学性能分析提供参考.      

基于响应面法的连续刚构桥梁体系可靠度分析

为了解决分析桥梁结构可靠度时功能函数不存在显式的问题,在现有响应面法的基础上,提出了改进的响应面法;利用有限元软件,对某高墩大跨连续刚构进行了受力分析;选取压应力、拉应力和稳定性失效3类失效模式,在改进的响应面法基础上,利用编程软件MATLAB,实现连续刚构桥梁体系可靠度的计算.算例分析表明,该方法迭代次数少,效率较高,可实现连续刚构桥功能函数重构和体系可靠度计算.     

基于静力响应面的混凝土梁桥有限元模型修正

研究基于中心复合设计的静力响应面法在桥梁有限元模型修正中的具体应用.桥梁结构的静力测试受干扰小、过程明确,具有较高的精度和稳定性.以静载试验挠度为响应,进行中心复合设计,拟合能模拟响应与因子间的曲面函数关系的二阶响应面模型.通过调整坐标轴样本点的取值使中心复合设计具有正交性.以方差分析定量判定回归方程和因子的显著性,并通过剔除不显著因子提高响应面模型的精度.对三跨连续梁抗弯刚度的修正结果表明:基于静力测试的二阶响应面模型,对梁桥有限元模型的修正精度能满足工程要求.     

基于组合函数响应面的桥梁有限元模型修正

针对基于响应面的桥梁有限元模型修正方法进行研究,采用2阶多项式和高斯径向基函数构造组合函数,通过ANSYS重复试验获得样本数据,利用最小二乘法拟合回归响应面,在其基础上构造目标函数并使用MATLAB实现优化求解,该方法具有拟合精度高、抗噪能力强、计算量可控等特点。通过室内悬臂梁模型实验验证、贝雷梁桥的模型修正与动力响应分析,发现修正后所得有限元模型能够较准确地再现实测结果,表明其能够反映出实际结构的真实状态,证实了该方法的有效性。     

基于响应面法的转向架构架结构强度分析

为了快速准确地评估转向架构架的结构强度,将响应面法和可靠性理论相结合对其进行结构强度分析.运用APDL语言建立转向架构架的参数化模型,并根据标准计算其结构强度.考虑试验设计方法对构架响应面函数精度的影响,分别采用中心组合设计、Box-Behnken设计和三水平全因子设计三种试验设计方法对其进行样本点的选取.利用最小二乘法对试验数据进行拟合,建立构架的多项式响应面函数.基于响应面函数,采用Monte-Carlo方法和应力-强度干涉理论对构架进行结构强度的可靠性分析.研究结果表明:试验设计方法的不同对响应面函数精度的影响较大,通过中心组合设计拟合的响应面函数精度较低,三水平全因子设计相比Box-Behnken设计在拟合精度相似的条件下,计算量较大.三种试验设计方法下,转向架构架的结构可靠度分别为0.97,1和1,表明了响应面函数的精度对准确评估构架的可靠性具有重要作用,同时为准确评估构架的结构强度提供了理论指导.     

基于不同残差的桥梁结构模型修正

由于建模和分析过程中的众多不确定因素,有限元分析预测的响应与实际结构响应不可避免地存在偏差,因此必须对有限元模型进行修正.文中提出了一种基于不同残差的桥梁结构模型修正方法,介绍了频率残差和振型残差的概念,目标甬数的确定和设计参数的选择方法.对一根简支梁进行了仿真分析,结果表明该方法简单可行.基于振动测试数据,对一个桥梁工程实例进行模型修正,修正后的桥梁有限元模型的动力特性更加趋近现场振动测试值.     

基于节点耦合技术的螺栓强度可靠性分析

针对基于非线性MPC接触方法的螺栓强度可靠性分析耗时长,效率低的问题,提出一种基于节点耦合技术和响应面法的螺栓强度可靠性分析方法.以某地铁司机室座椅连接螺栓为研究对象,首先根据节点耦合技术模拟接触行为建立其有限元模型并进行强度分析;其次将分析结果与螺栓强度的接触非线性分析结果进行对比;最后,参数化座椅连接螺栓节点耦合模型,对设计变量进行中心复合设计,拟合螺栓强度的多项式响应面函数,根据应力-强度干涉理论建立极限状态函数,采用拉丁超立方抽样方法对螺栓强度进行可靠性分析.实验结果表明:可以采用节点耦合技术模拟接触行为,同时,该可靠性分析方法能在极大程度上节省螺栓强度可靠性分析所用的时间.     

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。      

基于改进响应面法和Matlab-Adams的麦弗逊悬架优化

基于Adams和Matlab应用改进响应面法对悬架结构参数进行了优化。在Adams/Insight软件中进行了设计参数的灵敏度分析。针对灵敏度较大的设计参数,建立了车轮定位参数在车轮跳动过程中最大变化量的二阶响应面近似数学模型,并对该模型进行了可靠性分析。应用编程实现对响应面数学模型的优化求解,对优化前后的仿真结果进行了对比。对比结果显示了该方法具有较好的准确性和有效性。     

船舶运动路径跟踪迭代滑模控制设计

针对欠驱动船舶带有的内部不确定、外界干扰下路径跟踪控制问题,提出基于差分进化算法的自适应迭代滑模跟踪控制方法,以提高控制系统性能.以分离型船舶非线性模型为基础,利用绝对有界的双曲正切函数进行迭代滑模面设计.计算机仿真验证了该方法的可行性.     

千米级斜拉桥主梁挠度非线性随机静力分析

采用响应面法对千米级斜拉桥主梁最大挠度进行静力可靠度分析,考察主梁最大挠度随结构材料、几何尺寸及外荷载等不确定因素的变异而发生变化的规律。算例研究表明,主梁挠度可靠指标对各随机变量平均值和标准差的敏感程度不同。同其它随机变量相比,斜拉索弹性模量变异对千米级斜拉桥主梁挠度影响最为显著。主梁截面面积变异对千米级斜拉桥主梁挠度具有显著的影响,但与对千米以下斜拉桥主梁挠度的影响规律不同。     

Sound Radiation Analysis of Damping Structure Based on Response Surface Method

The methods of modifying dimension and shape of structure, or covering damping material are effective to reduce structure-borne noise, while these methods are based on the knowledge of qualitative and quantitative relationship between sound radiation and design parameters. In order to decrease the complexity of the problem, response surface method(RSM) was utilized to analyze and optimize the vibro-acoustic properties of the damping structure. A simple case was illustrated to demonstrate the capabilities of the developed procedure. A structure-born noise problem was approximated by a series of polynomials using RSM. Three main performances were considered, i.e. sound radiation power, first order modal frequency and total mass. Consequently, the response surface model not only gives the direction of design modification, it also leads to an optimal design of complex systems.     

Particle swarm approach for structural optimization of battleship strength deck under air blast

This paper presents the implementation and application of a modified particle swarm optimization （PSO） method with dynamic adaption for optimum design of a battleship strength deck subjected to non-contact explosion. The numerical simulation process is modified to be more computationally efficient so that the task is realizable. The input variables are the thickness of plates and the dimensions of stiffeners, and the total structural mass is chosen as the fitness value. In another case, the response surface method （RSM） is introduced and combined with PSO （PSO-RSM）, and the results are compared with those obtained by the traditional PSO approach. It is indicated that the PSO method can be well applied in the optimum design of explosion-loaded deck structures and the PSO-RSM methodology can rapidly yield optimum designs with sufficient accuracy.     

汽油替代物辛烷值预测与组分比例确定模型

基于响应曲面法(response surface methodology, RSM),建立了用于预测甲苯掺比燃料(toluene reference fuel, TRF)替代汽油燃料的辛烷值和确定其组分比例的数学模型,并应用该模型的一阶模型(first order model, FOM)、二阶模型(second order model, SOM)和三阶模型(third order model, TOM)预测TRF辛烷值和确定TRF组分比例.结果表明:在已知组分比例下,用FOM模型和TOM模型在预测对应TRF法辛烷值和马达法辛烷值时,预测结果远优于FOM模型;在已知TRF法辛烷值和马达法辛烷值条件下, TOM模型预测TRF构成比例的相对误差在8%以内,优于SOM模型,表明基于RSM建立的TOM模型能够准确的预测TRF燃料辛烷值和确定TRF燃料的构成比例.      

基于虚拟变量法的结构可靠度参数敏感性分析

在结构可靠度分析中,功能函数通常是强非线性的,并且随机变量之间往往存在相关性,这给基于一次二阶矩法原理的参数敏感性分析带来了困难。为此,提出了一种基于虚拟变量法的结构可靠度参数敏感性分析方法,推导了相关随机变量的敏感性计算公式,在计算可靠指标时无须求偏导,计算效率高。工程算例分析表明,在功能函数为非线性、变量之间相关的情况下,该计算方法是一种有效的结构可靠度敏感性分析方法。     

Structural Optimization of Hatch Cover Based on Bi-directional Evolutionary Structure Optimization and Surrogate Model Method

Weight reduction has attracted much attention among ship designers and ship owners. In the present work, based on an improved bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method and surrogate model method, we propose a hybrid optimization method for the structural design optimization of beam-plate structures, which covers three optimization levels: dimension optimization, topology optimization and section optimization. The objective of the proposed optimization method is to minimize the weight of design object under a group of constraints. The kernel optimization procedure (KOP) uses BESO to obtain the optimal topology from a ground structure. To deal with beam-plate structures, the traditional BESO method is improved by using cubic box as the unit cell instead of solid unit to construct periodic lattice structure. In the first optimization level, a series of ground structures are generated based on different dimensional parameter combinations, the KOP is performed to all the ground structures, the response surface model of optimal objective values and dimension parameters is created, and then the optimal dimension parameters can be obtained. In the second optimization level, the optimal topology is obtained by using the KOP according to the optimal dimension parameters. In the third optimization level, response surface method (RSM) is used to determine the section parameters. The proposed method is applied to a hatch cover structure design. The locations and shapes of all the structural members are determined from an oversized ground structure. The results show that the proposed method leads to a greater weight saving, compared with the original design and genetic algorithm (GA) based optimization results.     

Robust Optimization Design of Metro Handrails

This paper presents the robust design and response surface method(RSM) based on finite element analysis for the optimization design of metro handrails. The response surface can be created for each output parameter. Sequential quadratic programming is used for the optimization of metro handrails. Taguchi design is employed to investigate the sensitive controlling factors for the strength and mass of metro handrails, by taking the material density, the column and cross bar thickness as controlling factors, and the acceleration, the elastic modulus and the fluctuation of material density as uncontrollable factors. Then, the best combination of controlling factors is found. The results by different methods show that the method of Taguchi design can improve the robustness of the structural performance and reduce the mass.     

基于相关分析的跟驰模型及其稳定性

为了精确地模拟车辆跟驰过程,应用相关分析的方法建立一系列跟驰模型,用微积分的方法解析模型.通过变量筛选.明确了影响车辆跟驰的重要因素有速度差、间距和前车速度.通过对模型的解析.确定了模型参数的合理取值范围以确保模拟的稳定.建立的跟驰模型可以模拟不同车辆之间的跟驰行为.预测跟驰车辆的运动状态,用于智能车辆控制或者用于追尾预警.如果获得了更完备的实验数据,基于相关分析建立跟驰模型的方法可以更精确地考虑到车辆运动状况、动力性能、道路条件、驾驶特性等影响因素.     

On-line Batch Process Monitoring and Diagnosing Based on Fisher Discriminant Analysis

Introduction Nowadays, it has been paying more attentionto the batch or semi-batch process which producedthe high added value and high quality products inchemical industry, such as polymer, pharmaceuti-cal and semiconductor industry.The aim of the batch process monitoring is tokeep the product quality uniform and consistentunder batch-to-batch process and meet specifica-tion limits. The direct approach is to monitor cru-cial product quality variables in batch process.However, quality variables…     

钢管混凝土提篮拱空间稳定性随机静力分析

为了解宽跨比很小的提篮拱拱桥的空间稳定性能,采用响应面法,进行了屈曲稳定特征值的随机静力分析．以宽跨比为1／23．8的铜瓦门大桥为分析对象,通过建立响应面方程,研究了结构的材料性能和几何尺寸的不确定性对该桥空间稳定性的影响．结果表明,结构参数变异不影响该桥一阶空间失稳模态,结构的材料性能和几何尺寸的不确定性对该桥的空间分支屈曲稳定有着不同程度的影响．