基于參數(shù)優(yōu)化的模型簡化研究.pdf

1、在航空航天領(lǐng)域，為了控制飛行器的飛行姿態(tài)，需要一個簡化的模型以便于在短時間內(nèi)獲取飛行器的動力學(xué)響應(yīng)，實現(xiàn)對飛行器的實時姿態(tài)調(diào)整。這類工程問題從模型修正的角度考慮就是如何獲得一個能夠提高計算效率的修正模型問題。本文主要闡述了動力學(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模型進行簡化，在簡化模型的基礎(chǔ)上采用優(yōu)化方法進行結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型修正，使修正后模型的某些動力學(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個主要步驟實現(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，控制方程較為簡單，在減少初始結(jié)構(gòu)模型自由度時，采用Guyan方法縮聚模型更方便和簡單，且Guyan方法被廣泛使用于有限元軟件當中，可利用有限元分析軟件提取模型的縮聚矩陣。
　　其次，根據(jù)梁單元的剛度陣提取縮聚矩陣相應(yīng)位置的信息，對提取的數(shù)據(jù)按照梁單元的公式處理，求解出梁單元的幾何參數(shù)，獲取一個能夠替

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，將組合模型中梁單元的半徑與厚度作為修正參數(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，得到一個簡化的梁結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)化方法對新的模型進行修正，獲得一個修正后的簡化梁模型，此模型滿足初始結(jié)構(gòu)模型的動力學(xué)特性

4、，并且自由度遠小于初始結(jié)構(gòu)模型。
　　在本文的研究過程中使用了Patran、Nastran、Isight等多款軟件，并針對本文所涉及到的相關(guān)軟件模塊做了簡要的介紹，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)計方法。
　　利用本文提出的模型簡化方法，以變截面的圓柱形薄殼結(jié)構(gòu)有限元模型為對象，進行了模型簡化和修正的計算，獲得一個簡化的梁結(jié)構(gòu)有限元模型，能很好的模擬初始結(jié)構(gòu)模