[发明专利]一种基于模态试验结果的有限元三维模型模态调整方法

权利要求书

1.一种基于模态试验结果的有限元三维模型模态调整方法，实现在运载火箭有限元模型模态的自动调整，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、采集运载火箭固体结构的实际外形和物理尺寸，建立模态计算的有限元网格；

步骤2、采集运载火箭固体结构的模态试验结果；

本步骤的模态实验结果指各阶模态的固有频率；

步骤3、在步骤1建立的有限元网格中，采集影响运载火箭有限元模型模态的关键参数，将之定义为基因，其个数为N1个；

步骤4、设置有限元模型中需要调整的模态阶数；

步骤5、设置步骤3采集的基因的编码规则，包括基因的排列顺序、基因表征数值分辨率；

步骤6、设置步骤2采集的基因的上下调整边界；

步骤7、设置模态调整算法的最大迭代步数；

步骤8、设置种群规模、交叉概率与变异概率的数值；将种群规模的个数记为N，交叉概率记为Pc，变异概率记为Pm；

步骤9、设置模态调整所允许的误差范围；在该步骤中对于步骤4所设置的模态阶数，每个模态均设置误差范围；

步骤10、设置适应度函数；该步骤的适应度函数值为有限元模型的模态值，函数的自变量为步骤3采集的影响运载火箭有限元模型模态的关键参数；

步骤11、根据步骤3采集的基因个数N1，随机生成步骤7所设置的种群规模个数N个个体；

步骤12、利用步骤10建立的适应度函数，对步骤11生成的N个随机的个体的模态进行计算，计算得到这N个个体的适应度；

适应度的定义为：本步骤计算得到的N个随机个体的模态与步骤2采集的模态试验结果的差值；差值与适应度成反比，差值越小，适应度越高；

步骤13、对步骤12计算得到的N个个体的适用度进行由高到低排序；淘汰后N/2个个体，留下前N/2个个体；若N为奇数，则淘汰后(N-1)/2个个体，留下前(N+1)/2个个体；

步骤14、对于步骤13计算得到的适应度最高的个体，输出该个体的基因，同时输出该个体基因所计算得到的适应度函数的值，该适应度函数的值为在该个体的基因中，所得到的有限元模型的模态值；模态值的输出个数由步骤4设置的需要调整的模态阶数决定；

若这些模态值满足步骤9设置的模态调整所允许的误差范围，则计算结束；否则进行下一步骤；

步骤15、根据步骤8设置的交叉概率Pc和变异概率Pm，基于步骤13留下的前M个个体；当N为偶数时，M＝N/2；当N为奇数时，M＝(N+1)/2；

通过遗传交叉、变异的方法，生成新的种群；新的种群的种群规模仍为N；

步骤16、利用步骤10建立的适应度函数，对步骤15计算得到的N个随机的个体的模态进行计算，计算得到这N个个体的适应度；

步骤17、依次循环步骤13-步骤16，记录循环迭代的次数；

步骤18、若步骤17记录的循环迭代的次数超过了步骤7设置的模态调整算法的最大迭代步数，则重新设置步骤8中的种群规模个数N，交叉概率Pc和变异概率Pm，将循环迭代的次数置为0；

步骤19、依次循环步骤11－步骤17；

步骤20、若步骤19的循环过程中记录的循环迭代的次数超过了步骤7设置的模态调整算法的最大迭代步数，那么重新设置步骤6所设置的基因的上下调整边界；

步骤21、依次循环步骤11－步骤19；

步骤22、若步骤21的循环过程中记录的循环迭代次数超过了步骤7设置的模态调整算法的最大迭代步数，那么更新设置步骤9中的模态调整允许的误差范围；通过该步骤放大模态调整后的误差；

步骤23、依次循环步骤11－步骤22，直到计算结束。

2.如权利要求1所述的一种基于模态试验结果的有限元三维模型模态调整方法，其特征在于：步骤1中，有限元网格的建立过程中，使用三维实体单元、壳单元、梁单元与质量单元的组合形式。

3.如权利要求2所述的一种基于模态试验结果的有限元三维模型模态调整方法，其特征在于：步骤3中，关键参数根据工程经验选取。

4.如权利要求3所述的一种基于模态试验结果的有限元三维模型模态调整方法，其特征在于：步骤3中，关键参数为舱段之间连接螺栓的刚度、面接触实体单元的刚度、面接触壳单元的刚度。