[发明专利]一种基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法

说明书

本发明公开了一种基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法，包括确定有限元模型材料等，输入优化初始值；找出在有限元模型中与实际振型最匹配的模态阶数，并计算匹配后的仿真频率值与实验频率值的相对误差；建立各个状态的数学优化模型，设定优化步长及其收敛精度值；根据目标函数中，逐步向MSC.Nastran提交编写的各个状态的优化卡片，提取迭代后的设计变量及其各个状态的迭代收敛值；根据所有状态的提取迭代后的设计变量最优解及其各个状态的迭代收敛值；逐步调用MSC.Nastran，应用该初始值对各个状态的模型进行分析；直至迭代后所有状态的最优解的计算值与该次调用MSC.Nastran输入的初始值相同。本方法为基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法提供一个参考。

技术领域

本发明属于工程结构设计技术领域，尤其涉及一种基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法。

背景技术

目前，有限元工具己经广泛用于各种工程结构的计算，对于大型复杂结构，如火箭、导弹、飞机等有限元模型建立困难，即使工程技术人员建立了有限元模型，往往因为计算的误差太大，不能准确预示实际结构的力学特性，使模拟仿真工作受到很大的限制，最后还是需要物理样机试验才能了解飞行器结构的力学特性。有限元修正技术就是要利用物理样机试验和有限元仿真两者的优点，用少量的样机试验所获得的数据对有限元模型进行修正，获得比较准确的有限元模型，从而可以替代那些复杂、耗资巨大的物理样机的制造，节省费用和缩短研制周期。修正的目标都是让有限元模型的计算结果和物理样机试验结果保持一致，建立精确的有限元模型是当前的一个重要挑战。

在航天领域中，火箭姿态控制是现在要解决的一个难题，随着火箭的发射，火箭在飞行过程中燃料的消耗，不同飞行时间的火箭结构动力学特性很难用实验确定，因此火箭、导弹的建模技术、动态特性数值分析技术得到了国内外学者和工程师的越来越多的关注。

多状态有限元模型修正即选取火箭、导弹发射的其中几个不同时间时，对火箭、导弹进行模态分析，由于不同时间的燃料的不同，其动力学特性不同，根据对其中选取出的几个状态的火箭模型进行有限元模型修正，保证各个状态仿真的动力学特性与实验的动力学特性接近，来达到对火箭有限元模型的精确建立，对航空航天领域有重要的作用。

本发明针对非对称结构的多状态有限元模型修正中存在的修正后各个状态的动力学特性不一致的问题，提出了一种基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法。这种基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法，结合结构模态有限元分析方法，通过建立无约束优化模型，设定合理的目标函数；通过计算出各个状态特征向量残差与频率残差的比值，计算出目标函数中各个状态中特征向量与频率的权重系数；逐步调用所有状态的MSC.Nastran优化卡片进行迭代；利用各个状态的迭代收敛值，计算出各个状态之间的权重系数，用来计算所有状态的最优解，计算出的最优解作为下一次调用MSC.Nastran的设计变量的初始值；编写优化卡片，继续逐步调用所有状态的MSC.Nastran优化卡片进行迭代；通过增加状态特征向量残差与频率残差的比值，减小频率对目标函数的影响，重复调用MSC.Nastran，直至修正后的所有状态的有限元的动力学特性与实验模型的动力学特性一致。这种基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法有助于减少运算过程中的计算量和时间，并更大限度的使所有状态的有限元模型的动力学特性与实验模型的动力学特性一致，这种基于无约束优化模型的多状态模型修正的方法能够有效解决非对称结构的多状态有限元模型修正中存在的修正后各个状态的动力学特性不一致的问题，这对于推动航空航天等重要领域的快速发展具有重要意义。

发明内容