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观测不确定性下的变分贝叶斯高效模型修正

航空学报 2024年

作者：陶言和郭勤涛周瑾马嘉倩李效法中国商飞上海飞机设计研究院南京航空航天大学机电学院直升机动力学全国重点实验室(南京)

考虑试验观测数据不确定性，针对以随机响应为目标的复杂仿真模型不确定性修正问题，提出一种以自回归模型提取信号特征，马氏距离构造近似似然函数，并由变分贝叶斯-蒙特卡洛进行参数后验识别的模型修正方法。首先，对经过平稳性检验... 详细信息

考虑试验观测数据不确定性，针对以随机响应为目标的复杂仿真模型不确定性修正问题，提出一种以自回归模型提取信号特征，马氏距离构造近似似然函数，并由变分贝叶斯-蒙特卡洛进行参数后验识别的模型修正方法。首先，对经过平稳性检验的随机信号进行自回归分析，得到模型特征向量实现信息降维；而后，考虑试验观测数据混合不确定性并用概率盒法表征，以数值模拟数据与试验观测数据的特征向量之间的马氏距离构造近似对数似然；最后，基于变分贝叶斯-蒙特卡洛方法求解边际似然，经过很少的迭代次数即可收敛，最终识别出参数的后验分布。在螺栓连接结构仿真案例和某民用飞机机翼模型工程案例中，修正后的模型具有很高精度，且在一定的观测不确定性水平下依然具有良好的修正效果，验证了所提方法对工程结构不确定性模型修正问题的有效性。

关键词：模型修正不确定性量化变分贝叶斯自回归模型马氏距离

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动力传动轴动平衡工艺研究与应用

现代制造技术与装备 2024年第3期60卷 13-15页

作者：陈祥鑫郭勤涛于丽丽陈果南京航空航天大学机电学院南京210016 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司哈尔滨150066 南京航空航天大学通用航空与飞行学院溧阳213300

某型动力传动轴结构复杂,外表面花键涂层不允许磨损,动平衡在工作全转速下进行,高转速旋转时不平衡量值会产生波动,对动平衡工装及工艺方法要求高。开展动力传动轴动平衡工艺研究,采用理论计算和平衡试验相结合的分析方法,通过动平衡工... 详细信息

某型动力传动轴结构复杂,外表面花键涂层不允许磨损,动平衡在工作全转速下进行,高转速旋转时不平衡量值会产生波动,对动平衡工装及工艺方法要求高。开展动力传动轴动平衡工艺研究,采用理论计算和平衡试验相结合的分析方法,通过动平衡工装设计优化,采用如双频测速、雷达图监控、不平衡量的矢量图等分析先进动平衡方法,实现了动力传动轴动平衡故障和难点攻克,形成了一套实用有效的平衡工艺流程。

关键词：动力传动轴动平衡平衡工装

基于PSO-BP神经网络的磨机传动系统模型修正

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机械传动 2024年第2期48卷 48-53页

作者：陶征鲍现乐郭勤涛周天洋郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对磨机传动系统结构的复杂性、部件间约束条件的不确定性以及非线性等因素,提出了一种基于PSO-BP神经网络的有限元模型修正方法。通过改进BP神经网络逼近设计参数和特征量间的非线性映射关系,结合实际结构响应,利用神经网络的泛化特性... 详细信息

针对磨机传动系统结构的复杂性、部件间约束条件的不确定性以及非线性等因素,提出了一种基于PSO-BP神经网络的有限元模型修正方法。通过改进BP神经网络逼近设计参数和特征量间的非线性映射关系,结合实际结构响应,利用神经网络的泛化特性,得到了模型设计参数值。修正后频率误差从最高18%降到4%左右,修正系数误差范围均在0.5%以内,明显提高了有限元模型精度;同时,又不需要大量迭代求解步骤,避开了传统反问题模型修正法的复杂非线性优化过程,提升了效率,验证了PSO-BP神经网络法应用于大型磨机传动系统上的可行性,为后续传动系统整体分析奠定了基础。

关键词：模型修正神经网络模态分析相似设计分层修正

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逆响应面法用于磨机传动系统的模型修正

机械设计与制造 2022年第6期376卷 6-9页

作者：陶征张鹏郭勤涛郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为了获得机械结构的精确模型,采用以逆响应面的有限元模型修正理论为基础的方法。逆响应面法直接拟合出设计参数(密度、弹性模量等)关于特征参数(固有频率等)的显式表达式,以特征参数目标值带入逆响应面函数得到修正后的设计参数值,相... 详细信息

为了获得机械结构的精确模型,采用以逆响应面的有限元模型修正理论为基础的方法。逆响应面法直接拟合出设计参数(密度、弹性模量等)关于特征参数(固有频率等)的显式表达式,以特征参数目标值带入逆响应面函数得到修正后的设计参数值,相较于响应面法,无需迭代寻优,减少计算工作量。以齿轮轴和磨机传动轴为例,实现了以逆响应面法为基础的有限元模型修正,并计算修正前后模态频率误差,结果显示:逆响应面法模型修正效果较优于响应面法,进而验证了逆响应面法在机械结构动力学特性分析中的有效性。

关键词：逆响应面法响应面法传动系统轴承模型修正

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响应面法用于磨机传动系统扭转振动模型修正

振动．测试与诊断 2016年第6期36卷 1222-1226页

作者：陶征刘旭郭勤涛郑州大学机械工程学院郑州450001 南京航空航天大学机电学院南京210016

大型设备传动系统的扭转振动影响系统的正常工作,严重时会导致系统损坏,避免共振是缓解扭转振动的有效手段,针对此问题,以某大型磨机设备为研究对象,建立以响应面法的有限元模型修正理论为基础的方法。通过扭转振动分析,经显著参数筛选... 详细信息

大型设备传动系统的扭转振动影响系统的正常工作,严重时会导致系统损坏,避免共振是缓解扭转振动的有效手段,针对此问题,以某大型磨机设备为研究对象,建立以响应面法的有限元模型修正理论为基础的方法。通过扭转振动分析,经显著参数筛选,以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数,对传动系统有限元模型可能存在的误差进行修正。在获得较精确模型的基础上,对其传动系统进行了基于响应面的优化设计,调整系统的模态频率,使其有效避开了系统的工作频率,实现了传动系统的优化,表明以响应面法的有限元模型修正方法对传动系统设计具有参考价值。

关键词：传动系统响应面法模型修正扭转振动

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考虑模型形式误差的转子动力学修正及确认

振动．测试与诊断 2017年第2期37卷 366-371页

作者：张保强郭勤涛袁修开厦门大学航空航天学院厦门361005 南京航空航天大学机电学院南京210016

研究考虑模型形式误差的轴承-转子系统工作转速下的动力学模型修正和确认方法。首先,介绍了模型形式误差以及基于复模态特征值灵敏度的模型修正理论;然后,在此基础上以轴承-柔性转子系统为仿真算例,考虑模型形式误差,使用系统在恒定工... 详细信息

研究考虑模型形式误差的轴承-转子系统工作转速下的动力学模型修正和确认方法。首先,介绍了模型形式误差以及基于复模态特征值灵敏度的模型修正理论;然后,在此基础上以轴承-柔性转子系统为仿真算例,考虑模型形式误差,使用系统在恒定工作转速下的涡动频率和阻尼参数,同时对轴承的支承刚度、支承阻尼和转盘的直径转动惯量参数进行修正;最后,通过不平衡响应结果对修正模型进行了确认。仿真结果显示,考虑模型形式误差时的修正参数最大误差仍有-10.1%,而修正后特征值实部最大误差为0.95%,特征值虚部最大误差为-1.15%,修正后不平衡响应与目标模型基本重合。研究表明,考虑模型形式误差时轴承-转子系统的修正方法是稳健的,也是有效可行的。

关键词：模型修正模型形式误差转子动力学工作转速确认

基于遗传算法的地铁供风系统多目标减振优化设计

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铁道机车车辆 2023年第2期43卷 150-155页

作者：牛瑞曹云丽陶言和郭勤涛南京中车浦镇海泰制动设备有限公司南京210031 南京航空航天大学南京210016

为了改善地铁供风系统的动力学性能,提高地铁车辆运行平稳性、舒适性,采用计权加速度法(SWAT)识别了空压机组件工作状态下的动态载荷,并加载于供风系统有限元模型中,计算系统动应力分布和加速度响应。以供风系统有失效风险位置的动应力... 详细信息

为了改善地铁供风系统的动力学性能,提高地铁车辆运行平稳性、舒适性,采用计权加速度法(SWAT)识别了空压机组件工作状态下的动态载荷,并加载于供风系统有限元模型中,计算系统动应力分布和加速度响应。以供风系统有失效风险位置的动应力、空压机质心加速度RMS最小为优化目标,以3个吊挂减振器刚度、阻尼为设计参数,采用遗传算法进行参数优化,并进行了试验验证。优化后关键点平均动应力、加速度的RMS值分别下降了23.2%、5.4%。研究结果表明,本方法能够明显地改善供风系统结构动响应,减小地铁供风系统的结构振动,提高系统动态性能。将大大改善由地铁供风系统空压机振动引起的地铁振动舒适性。

关键词：结构优化遗传算法供风系统载荷识别

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结构动力学有限元模型确认方法研究

应用力学学报 2005年第4期22卷 572-578页

作者：郭勤涛张令弥南京航空航天大学南京210016

随着结构动力学求解问题的复杂化,有限元分析方法越来越起着关键作用。由于许多结构系统本身存在不确定性因素,试验数据存在随机误差,而计算的三类误差也会包含着不确定性误差,如何用有限的试验来修正和检验计算模型,最后得到具有一定... 详细信息

随着结构动力学求解问题的复杂化,有限元分析方法越来越起着关键作用。由于许多结构系统本身存在不确定性因素,试验数据存在随机误差,而计算的三类误差也会包含着不确定性误差,如何用有限的试验来修正和检验计算模型,最后得到具有一定置信度的有限元模型,即模型确认,在工程领域越来越得到关注。在与模型修正比较的基础上,详细讨论了模型确认的主要研究内容,并结合两个应用实例,讨论模型确认的总体思路与实现方法。

关键词：有限元法模型确认模型修正不确定性分析主分量分解

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应用模型修正方法的印制电路板参数识别

振动．测试与诊断 2013年第3期33卷 509-513,532页

作者：常涛郭勤涛张保强南京航空航天大学机电学院南京 210016 南京航空航天大学机械结构强度与振动国家重点实验室南京 210016

基于模态试验数据和模型修正方法,研究了印制电路板物理参数识别方法。印制电路板的动态特性对电子设备可靠性有重要影响,即使铺层相同的印制电路板因电路分布不同,其弹性模量、泊松比差异也较大。因此,为了获得更加精确的有限元模型,... 详细信息

基于模态试验数据和模型修正方法,研究了印制电路板物理参数识别方法。印制电路板的动态特性对电子设备可靠性有重要影响,即使铺层相同的印制电路板因电路分布不同,其弹性模量、泊松比差异也较大。因此,为了获得更加精确的有限元模型,需识别印制电路板的主要物理参数。以航天使用的某种印制电路板为例,分别采用基于灵敏度分析和基于响应面方法的模型修正方法对印制电路板的物理参数进行识别。两种方法识别的弹性模量、泊松比基本一致,计算和试验的振型相关系数接近1,且修正后有限元模型计算应变值与试验应变值在载荷较小时基本一致,表明识别结果比较准确。结果表明,基于模态试验数据和模型修正相结合的参数识别方法合理有效,可用于工程中印制电路板物理参数识别。

关键词：模型修正灵敏度分析响应面法模态试验应力应变试验印制电路板