基于參數(shù)優(yōu)化的模型簡(jiǎn)化研究.pdf

1、在航空航天領(lǐng)域，為了控制飛行器的飛行姿態(tài)，需要一個(gè)簡(jiǎn)化的模型以便于在短時(shí)間內(nèi)獲取飛行器的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的實(shí)時(shí)姿態(tài)調(diào)整。這類(lèi)工程問(wèn)題從模型修正的角度考慮就是如何獲得一個(gè)能夠提高計(jì)算效率的修正模型問(wèn)題。本文主要闡述了動(dòng)力學(xué)模型修正中的數(shù)學(xué)理論與方法，并采用模型縮聚方法對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，在簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)上采用優(yōu)化方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型修正，使修正后模型的某些動(dòng)力學(xué)特征盡可能的接近初始結(jié)構(gòu)模型。本文的具體做法由以下3個(gè)主要步驟實(shí)現(xiàn):

2、r>　　首先，采用Guyan縮聚法縮減結(jié)構(gòu)初始結(jié)構(gòu)模型的自由度，獲得一個(gè)系統(tǒng)的縮聚矩陣。由于Guyan方法不考慮副自由度上的慣性影響，控制方程較為簡(jiǎn)單，在減少初始結(jié)構(gòu)模型自由度時(shí)，采用Guyan方法縮聚模型更方便和簡(jiǎn)單，且Guyan方法被廣泛使用于有限元軟件當(dāng)中，可利用有限元分析軟件提取模型的縮聚矩陣。
　　其次，根據(jù)梁?jiǎn)卧膭偠汝囂崛】s聚矩陣相應(yīng)位置的信息，對(duì)提取的數(shù)據(jù)按照梁?jiǎn)卧墓教幚?，求解出梁?jiǎn)卧膸缀螀?shù)，獲取一個(gè)能夠替

3、換縮聚結(jié)構(gòu)的梁結(jié)構(gòu)。以新的組合模型為修正模型的初始模型，將組合模型中梁?jiǎn)卧陌霃脚c厚度作為修正參數(shù)，初始結(jié)構(gòu)模型的前3階頻率作為約束，使得組合模型能夠模擬初始結(jié)構(gòu)模型的低階頻率和模態(tài)。
　　最后，將初始結(jié)構(gòu)模型分為多段，并把每段模型作為縮聚結(jié)構(gòu)處理，獲取每段結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化梁結(jié)構(gòu)模型，按照縮聚結(jié)構(gòu)的排列順序組合梁結(jié)構(gòu)模型，得到一個(gè)簡(jiǎn)化的梁結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)化方法對(duì)新的模型進(jìn)行修正，獲得一個(gè)修正后的簡(jiǎn)化梁模型，此模型滿(mǎn)足初始結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)力學(xué)特性

4、，并且自由度遠(yuǎn)小于初始結(jié)構(gòu)模型。
　　在本文的研究過(guò)程中使用了Patran、Nastran、Isight等多款軟件，并針對(duì)本文所涉及到的相關(guān)軟件模塊做了簡(jiǎn)要的介紹，主要包括Patran的參數(shù)建模、Nastran的正交模態(tài)分析和優(yōu)化分析以及Isight的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　利用本文提出的模型簡(jiǎn)化方法，以變截面的圓柱形薄殼結(jié)構(gòu)有限元模型為對(duì)象，進(jìn)行了模型簡(jiǎn)化和修正的計(jì)算，獲得一個(gè)簡(jiǎn)化的梁結(jié)構(gòu)有限元模型，能很好的模擬初始結(jié)構(gòu)模