液压重载机械臂工作时由重力引起的预应力刚化对于整体结构的仿真分析具有显著的影响,针对此问题,提出了一种考虑预应力刚化的计算模态分析方法和基于径向基函数代理模型的有限元模型修正方法。以某型液压重载机械臂为研究对象,建立整体复杂结构的有限元模型及其预应力刚化模态频率的代理模型,以多个工况试验模态分析结果为目标,基于全局优化算法实现了整体结构的模型修正。对试验修正后的模型开展了应变响应预测,验证了模型的预测能力。研究结果表明,所提方法不仅提高了模型复现修正响应的能力,而且能够准确预测未修正的响应,从而验证了方法的可行性,为重载机械臂的自动控制和优化设计提供了精确动力学模型。

针对电路板焊点的疲劳失效问题,首先使用基于灵敏度的模型修正方法对有限元模型参数进行了修正,并通过模态试验和振动试验验证了模型的精度。然后通过随机振动试验获得应力-时间历程的载荷谱,再通过瞬态响应分析获得危险焊点的应力响应时域信号。最后运用雨流计数法和Miner累积损伤理论对焊点进行疲劳寿命分析,对比了模型修正前后误差对疲劳寿命的影响,为印制电路板的疲劳寿命分析提供了参考。

为了有效识别工程结构中的螺栓连接松动,防范结构连接失效风险,以应变频响函数(SFRF)作为响应特征指标,提出了一种基于模型修正思想的螺栓连接结构松动识别方法。对含4个螺栓连接的搭接板结构,采用薄层单元描述螺栓连接,分别提取仿真模型和松动损伤结构模型螺栓连接位置的应变频响曲线,拾取频响曲线的特征点并构造目标函数。采用拉丁超立方抽样和径向基函数近似方法,构造了连接参数和目标函数之间的代理模型关系。基于模型修正思想,采用遗传算法对目标函数进行优化,识别模型中连接参数值。通过比较模型的初始连接参数和识别出的参数值,可定量描述结构松动损伤。数值算例结果表明,薄层单元有限元建模方式能较准确地模拟螺栓连接特性,使用代理模型可提高搜索效率,能有效识别螺栓连接结构的松动程度。

可靠的动力学仿真模型是振动改善的重要手段。以5.2 MW风电齿轮箱台架传动链动力学模型为例,以行业内的经验建模方法为基础,对动力学建模、响应评估与标定做了阐述。基于灵敏度优化方法对齿轮啮合动力学模型进行修正。最终修正后动力学模型的振动响应准确度较好,表明本文中的经验建模方法结合灵敏度优化方法,可建立比较可靠的动力学模型,是一种有效方法。

为满足加工中心现代化设计中需要建立准确的有限元模型的问题,建立了一种基于代理模型的有限元模型修正方法。首先通过灵敏度分析,选取了对滑鞍响应影响最大的设计参数,减少了设计参数整体的数量,提高了修正效率;然后基于实验设计与加点准则,建立了自适应Kriging模型,将隐式的有限元计算转化为显式计算,减少了模型修正过程中大量的有限元模型调用;最后利用遗传算法搜索出目标函数的最小值。模型修正前滑鞍计算固有频率与实测固有频率间最大相对误差为19.37%,修正后降低为4.52%,可以作为以后优化设计的基础,有良好的工程价值。

结构的寿命预估是现代结构设计应该考虑的一项内容。本文利用ANSYS有限元分析软件对设计结构在随机振动环境下的响应进行了计算,得到结构1σ、2σ、3σVon Mises最大应力,利用材料的S-N曲线,并根据Steinberg提出结构在随机载荷作用下的响应是基于高斯分布和Miner提出的线性疲劳累积损伤理论对设计的结构在给定随机振动环境下的寿命进行预估。有限元计算分析过程中,为得到较精确的计算结果,先利用模态试验结果对结构进行动力学修正。

结构动力学有限元模型修正是结构动力学领域的一个热点问题，回顾了结构动力学有限元模型修正研究的发展历史和现状，简要评述了结构动力学有限元模型修正所使用的设计变量，着重阐述了各种结构动力学有限元模型修正方法中所使用的目标函数及修正算法，讨论了工程结构动力学有限元模型修正的一些策略，最后对结构动力学有限元模型修正技术的发展进行了总结和展望。

为了解决模型修正中所需要模态数据不足的问题,提出了一种基于附加已知刚度的模型修正直接方法。通过给原结构添加刚度系数已知的刚度元件来得到一个新结构,进而得到新结构的模态数据,并联合使用原始结构及新结构的模态数据进行模型修正。在所要修正的参数数目一定的情况下,该方法增加了可以用于模型修正的模态数据,大大降低了所需的模态阶数。分别使用一个25自由度质量弹簧系统及一个长直机翼模型的模型修正算例,验证了该方法的有效性和修正精度。

在实际工程中，由有限元模型得到的计算值与通过试验获得的测量值之间往往存在偏差，为了能够精确预测结构的动力响应，依据测量信息修正存在的动力模型是非常必要的。运用代数特征值反问题的理论和方法，研究了满足正交性条件的质量矩阵的修正问题，得到了Frobenius范数意义下的最优修正矩阵。

针对机床床身连接刚度难以确定,从而造成床身动力学模型分析模态与试验模态相差较大的问题,提出一种基于响应面法对床身动力学模型进行修正的方法。以CLFH-200齿轮复合机床床身为研究对象,利用ANSYS Workbench中地基刚度模拟垫铁地基系统刚度,并以地基刚度为设计因素,采用中心复合试验设计方法获得样本数据,拟合满二阶多项式响应面模型,运用二次规划法对响应面模型进行优化。结果表明：修正后床身动力学模型的前6阶固有频率平均误差与初始模型相比减小了3. 08%,平均误差为2. 14%。该方法能快速有效的实现床身动力学模型修正。