基于径向基函数响应面方法的大跨度斜拉桥有限元模型修正.pdfVIP

第33卷 ，第3期 中 国 铁 道 科 学 V0 1．3 3 No ．3 2 0 1 2年5月 CHI NA RAI LWAY SCI ENCE May，2012 文章编号：i 00 1—4632( 20 12) 03—0008—08 基 于 径 向 基 函 数 响 应 面 方 法 的 大 跨 度 斜 拉 桥 有 限 元 模 型 修 正 周林仁，欧进萍 ( 大连理工大学土木工程 学院，辽宁大连116 024) 摘要 ：采用ANSYS有限元软件建立某大跨度斜拉桥试验事物理模型 的三维有限元模型。基于灵敏度分 析，选取模型待修正参数和用于模型修正的特征量。采用实验设计方法生成参数样本．通过有限元分析提取对 应的特征最信息，进而建立待修正参数与特征量荚系的径向基函数响应面模型。通过对响血面模犁的拟合误差 分析，确定径向基蛹数的最优形状参数。以斜拉桥 自振频率和静态索力构建目标函数 。基于建立 的响应面模型， 采用遗传优化算法进行有限元模型修正。结果表明，采用径向基函数响应面模犁拟合斜拉桥设计参数与特征量 之 问的隐式关系有较高的精度；基于仿真数据的模刑修正有较高的精度．基于试验数据的模删修正能得到合理 的结果 ，该方法可有效地修正复杂桥梁结构有限元模型。 关键词 ：径 向基 函数 ；响应而，打法 ；灵敏度分析}有限元模型 ；模型修正；斜拉桥 中图分类号：1 ．144 8．27 ：TU3 11 ．4 文献标识码：A oi ：10 ．396 9 ／j ．i s sn ．1001—4632 ．2012 ．03 ．02 结构健康监测是土木工程领域的研究热点。建 模的样本数量及其分布是影响响应面拟合精度的2 立结构精准的状态模型是结构损伤识别、安全评估 个重要因素。本文以某大跨度斜拉桥试验室物理模 和运营管理的基础。模型修正是获取结构真实状态 型为对象，采用径向基函数响应面方法进行有限元 模型的重要手段。目前模型修正方法有很多[ 1副， 模型修正。 其中参数型模型修正方法是对有限元建模中存在误 差的材料属性、截面形式、构件尺寸和边界条件等 1径向基函数响应面模型 设计参数进行修正，因其修正的参数有明确的物理 意义，易于工程应用而备受关注。 径向基函数有许多优异的数学特性，因此被广 随着经济和技术的发展，人们对结构的安全提 泛应用于偏微分方程求解、神经网络方法、地球物 出了更高需求，结构健康监测技术对理论分析模型 理、测绘测量 、遥感与信息处理等领域m] 。常用 提出了精细化建模和快速分析[4 ] 并重的更高要求 。 的径向基函数见表1，表中C为形状参数，r 一 以实体建模技术为主的精细化有限元模型能更细致 0工一毛0 为Eucl i ea n范数。 地考虑结构局部特征，但模型单元数量也会剧增， 表1常用的径向基函数 使得计算量非常大 。 响应面方法是解决精细化模型与快速分析之间 矛盾的有效手段之一。响应面方法是利用统计学和 综合试验技术拟合复杂系统输入与输出之间关系的 一种近似方法。基于响应面模型进行相关问题的求 解或二次开发，可将计算量巨大的有限元分析转移 至计算速度更快的响应面分析，使得计算效率大大 径向基函数响应面方法的基本思想是对欧氏距 提高m] 。响应面模型近似核函数的选取和用于建 离基函数的加权拟合，即以径向基函数为近似核函 收稿H期 ：20 1l 一0 1—3 0I 修订日期：2 01 卜12—02 基金项 目。。十二五”国家科技支撑计划项 目( 20 11BAK02801) 作者简介：周林仁( 1982