基于逆有限元方法的结构变形重构研究

针对海洋平台结构健康状态难以实时监测的问题,提出一种利用应变信息重构位移场的逆有限元方法。基于Timoshenko梁和最小二乘变分理论,通过提取结构表面应变计算截面中性轴应变,推导应变场及位移场函数,并将应变信息作为逆有限元重构的输入条件,对结构变形进行回构。为提升该方法的容差性,分析了应变片位置偏差及信号噪声对精度的影响。以海洋平台立柱为试验对象,分别利用有限元分析结果及实测结构应变信息来重构位移场。试验结果表明,提出的逆有限元法在不同载荷形式下均有较高的重构精度。     

基于l1范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究

基于模态叠加法理论,采用l1范数稀疏解方法,实现了水下双层圆柱壳由内壳有限测点振速值重构得到内、外壳振速空间分布,进而基于边界元理论对结构水下辐射声场进行预报。通过数值计算,分析了模态数目、测点数目和模态振型误差等因素对振动声辐射预报结果的影响,为指导速度场重构时模态数目、测点数目的选取提供了一定的理论依据;结果表明基于l1范数稀疏解声学预报方法对模态振型误差有一定的鲁棒性。最后开展了水下典型双层圆柱壳结构振动声辐射预报的试验研究,可为工程领域结构的声振预报提供一定的指导思路。     

气垫船围裙成型数值计算与试验研究

气垫船围裙为三维复杂柔性结构，承受的外载荷复杂，其成型计算具有强非线性特点，一直是气垫船研究的重点和难点。论文以某极地运输气垫船围裙为研究对象，采用有限元方法，基于动态显式求解法计算了围裙典型分段和全船围裙的成型，并通过围裙典型分段模型成型试验和气垫船缩尺船模陆上静垫升试验分别对围裙成型计算方法及其对陆上静垫升特性的影响进行了分析。结果表明，基于有限元法的围裙成型计算方法较传统解析方法精度更高，与成型试验结果相比误差更小；全船围裙成型有限元计算结果与典型分段计算结果基本一致，基于全船围裙有限元法计算得到的静垫升特性参数预报精度较高，对提高气垫船总体性能预报精度具有指导意义。     

基于iFEM和虚实结合的加筋板应变场构建研究

iFEM(inverse finite element method)是目前进行结构应变场构建最有前景的方法之一,其目的是在结构离散应变采集过程中,以最少的实际测点获取满足精度要求的结构应变场。在一些局部区域应变数据不易采集时,可尝试采用虚实结合的方式进行离散应变数据的采集。本文以船舶典型结构加筋板为例,根据实测数据,结合仿真模型,依据Xgboost的测点回归方法,基于iFEM技术依次计算实测、仿真和虚实结合三种方法的应变场重构精度,分析误差原因。通过预测,当47个物理测点时平均误差最低,为1.92%,以虚实结合路径输入15个点和21个点时结果与验证点的误差均小于3%,验证了虚实结合快速补充缺失数据的应变场重构的方法操作性强、准确度高。     

以刚度为目标的船载行车动臂结构拓扑优化

以某船舶行车动臂为研究对象,采用三维有限元法建立有限元模型,通过灵敏度过滤算法对其进行拓扑优化,得到了行车动臂结构材料最优分布。计算结果表明:计算过程收敛速度较快,并且收敛达到较高的精度。采用三维有限元法得到的最优化结构材料分布合理,轮廓清晰。     

基于边光滑有限元法的散射声场数值计算

针对采用有限元法计算声学问题时,数值离散误差会随计算频率的增加而增加的问题,通过光滑技术对计算域进行重新划分,重新装配总刚度矩阵,适当软化有限元模型刚度,从而有效降低数值离散误差,得到更精确的计算结果。     

基于l_1范数最小化的水下圆柱壳振动声辐射预报

基于模态叠加理论,将圆柱壳结构在流体中的响应以真空中振动模态形式展开,通过测点振动速度和模态矩阵建立以模态参与系数为未知量的欠定方程组。利用结构中低频段振动对应的模态参与系数的稀疏特性,采用l1范数最小化法求解基于测点振动所建立的欠定方程组,得到模态参与系数,从而重构结构振动速度场,最终采用边界元法进行声辐射预报。通过单层圆柱壳振动与声辐射实验结果和预报结果进行对比,验证了该预报方法的正确性。在此基础上,研究基于布置在内壳上的测点振动速度重构双层圆柱壳体结构振动和实现辐射噪声评估的可行性,并初步研究了测点数目和位置对预报精度的影响。     

船舶结构强度有限元分析的质量控制研究综述

有限元法在船舶结构强度分析中有着广泛的应用，随着有限元分析方法对工程结构设计的不断介入，有限元法的质量控制问题日益引起工程界的关注，如何通过控制有限元分析各个步骤的质量来保证有限元分析的精度已经成为一个重要的研究方向，本文对这一领域的现状作一回顾，为进一步开展研究提供基础。     

基于l_1范数最小化的水下圆柱壳振动声辐射预报北大核心CSCD

基于模态叠加理论,将圆柱壳结构在流体中的响应以真空中振动模态形式展开,通过测点振动速度和模态矩阵建立以模态参与系数为未知量的欠定方程组。利用结构中低频段振动对应的模态参与系数的稀疏特性,采用l1范数最小化法求解基于测点振动所建立的欠定方程组,得到模态参与系数,从而重构结构振动速度场,最终采用边界元法进行声辐射预报。通过单层圆柱壳振动与声辐射实验结果和预报结果进行对比,验证了该预报方法的正确性。在此基础上,研究基于布置在内壳上的测点振动速度重构双层圆柱壳体结构振动和实现辐射噪声评估的可行性,并初步研究了测点数目和位置对预报精度的影响。     

基于表面响应预报水下圆柱壳声辐射的振动测点布置研究

针对基于表面振动的圆柱壳声辐射估算的测点布置问题,提出均匀的测点布置方法。利用有限元法计算大尺度单层加肋圆柱壳在水下振动时的表面速度分布,根据边界元法及各测点处的速度计算不同测点布置对应的辐射声功率,比较各振动测点布置对应的声辐射预测精度,选择合理的测点布置。计算结果表明,对于给定尺寸的结构,在10～125 Hz范围内,周向和轴向测点数存在最优值(周向12个、轴向5个),当测点数大于最优值时,测点数量的增加不能有效提高声功率的计算精度;当测点数小于最优值时,声功率的计算误差明显增大。在较低的频率范围内,1/6声学波长可作为大尺度结构在水下振动时的测点布置依据。     

内河架空直立式集装箱码头结构计算模型探讨

利用有限元法对内河架空直立式集装箱码头结构进行了计算分析,采用有限元法建立了3种不同的有限元模型(平面刚架模型、不考虑面板刚度的空间刚架模型、考虑面板刚度的空间刚架模型),分别对内河架空直立式集装箱码头结构进行了静力计算和比较分析。分析表明,考虑面板刚度的空间刚架模型是适合内河大水位差架空直立式码头结构的计算模型。     

基于最小化振速重构误差的等效源分布优化方法研究

针对波叠加法计算声场存在的预报精度受等效源分布位置及计算频率影响的问题,研究了使用预报的声压逆向求解结构边界法向振速时存在振速重构误差的问题,推导了声压预报误差与振速重构误差之间的解析关系,研究发现减小振速重构误差能够降低声场预报误差.为提高波叠加法的声场计算精度,提出了一种基于最小化振速重构误差优化确定等效源位置分布的方法,并设计了一种频率阈值准则来确定一定数量等效源所适用的计算频率范围.通过数值仿真和试验对所提方法进行了验证,结果表明所提方法能够有效降低声场预报误差,可用于实际声场计算.     

基于人工智能的三维结构全局应力求解方法研究

针对结构健康监测系统（SHM）中有限数量的应力测点难以监测结构全局应力的问题，提出一种基于人工智能的三维结构全局应力求解方法，通过少量应力测点实现对三维结构物应力场的实时求解。首先，基于有限单元之间对载荷响应的关联性，运用相关性分析找出求解三维结构物应力场的特征单元；其次，利用神经网络建立特征单元与相关单元的求解关系，并将特征单元设为应力测点进而求解结构全局应力；然后，以某海洋平台连接器结构为应用主体，考虑测点数量、神经网络架构、收敛准则等因素对求解精度的影响，建立连接器结构应力场人工智能算法优化模型；最后，开展实尺度模型试验，经比较分析得出该算法模型应力求解精度高达93.6%，该技术可切实提升SHM系统的实用性，将传统的对“点”监测提升为对“场”监测。     

基于有限元法的箱型梁极限强度影响因素及敏感分析

船体箱型梁极限强度的有限元计算方法应用广泛,但其计算方法具有一定的不稳定性。本文开展对箱型梁简化模型的极限强度研究,基于非线性有限元法计算3种典型箱型梁模型的极限强度,与已有实验数据比对,验证本文有限元算法的可靠性。通过分析箱型梁边界条件类型、网格密度大小和初始缺陷等敏感因素,发现边界条件未设置延长段的模型计算误差达到了20%,粗糙网格计算误差达到了30%,初始缺陷大小为0.01～0.02倍箱型梁跨长时,计算结果敏感性较小。     

泥浆泵舱顶部甲板减振研究

以某平台泥浆泵舱顶部甲板为研究对象，利用数值计算和振动测试结合的方法对其减振方案进行研究。设置两种泥浆泵运行工况，利用振动分析仪测量甲板上表面8个高振动测点的振动速度。利用有限元方法建立顶部甲板模型，通过模态分析和谐响应分析得到顶部甲板的前五阶固有频率和各测点振动速度-转速曲线。振动响应数值计算结果和测试结果吻合，验证数值模型可靠性。分析发现顶部甲板固有频率远离激励频率，结构振动属于强迫振动，主要由泥浆泵输出管系的管托固定在刚度较弱的顶部甲板纵骨引起。甲板振动速度不符合规范要求，因此提出两种增加刚度的减振措施。通过谐响应分析重新计算测点的振动速度响应，结果满足规范要求。研究结果为船体局部结构设计和减振设计提供参考。     

基于优化神经网络的桁架有限元模型修正

阐述了基于优化BP神经网络的桁架结构有限元修正原理,提出了用遗传算法对BP神经网络进行优化和编程,并用超高塔架有限元模型算例验证了该方法的有效性和准确性.研究结果表明:未经修正的有限元模型的误差在4%,修正后的误差降低到0.84%以下,通过置信准则MAC值验证了GABP方法修正后MAC值提高到0.94以上,而未修正时MAC值在0.7以上.证明了优化BP神经网络修正过的桁架结构比未经过修正的结构更符合实际工程,该方法为日后同类型超高桁架结构的有限元模型修正提供了一定的参考.     

基于有限元分析的焊装车间机器人底座优化设计

针对汽车焊装生产线上机器人底座结构尺寸过大影响车间布局和机器人数量问题,以某焊装车间的焊接机器人底座为研究对象,采用有限元法对其进行动静态性能分析,并在此基础上改进其结构尺寸,对底座原有模型和优化改进方案的有限元分析结果进行比较,结果表明,底座原有结构和改进后的方案都能满足设计要求,改进的方案不仅尺寸更优,且具有更好的动静态性能,研究结果可为焊接机器人底座结构尺寸的合理设计提供有效依据。     

柱壳隔振系统动力学特性的研究

对柱壳隔振系统动力学特性进行的研究，以往常建立在刚体模型的基础上，这是导致振动预报与实测间存在较大误差的主要原因。从基于有限元分析的弹性体模型出发，本文对涉及柱壳隔振系统动力学特性的结构与材料方案进行了模拟激励下的响应分析与灵敏度分析，讨论了其中的各种影响因素。通过实物模型试验，验证了已建立的动力学模型，探讨了有关柱壳隔振系统设计的中的一些重要方面。     

齿轮箱有限元模态分析及试验研究

大功率齿轮箱的结构形式复杂,有限元前处理方式直接影响模态分析结果的准确性。通过单元协调性研究、焊接处理研究、有限元网格数量研究给出合适的有限元前处理方式,并应用于某型齿轮箱以得出较为精确的有限元模型,从而保证模态分析结果的准确性。采用锤击法对算例齿轮箱进行了模态测试,对比有限元分析结果和模态试验结果,验证了齿轮箱有限元模态分析结果较为精确,提出的处理方法合理。     

大型船舶推进轴系与船体变形耦合响应分析

船舶大型化使得船体变形对推进轴系的影响越来越突出。在研究大型集装箱船的基础上,采用有限元法探讨了大型集装箱船全船结构有限元模型和推进轴系的建模方法,波浪载荷计算方法以及轴系振动响应分析技术。以一艘8530TEU集装箱船为研究对象,实现了全船有限元分析全过程,对不同工况下推进轴系轴承支撑点处的船体变形进行了计算分析与讨论。采用ANSYS软件建立轴系有限元模型,施加不同的船体变形激励对轴系振动响应进行了分析。研究结果对轴系减振及避振措施具有一定的参考意义。