Валидация КЭМ

[Александр_Iskander 0]

Всем привет! Ребят, подскажите, пожалуйста, можно ли и как валидировать конечно-элементную модель по результатам натурного эксперимента?
Т.е. есть КЭМ с результатами (собственные формы и частоты) и результаты эксперимента (тоже формы и частоты) из ТестЛаба.

[Борман 2,283]

2 часа назад, Кварк сказал:

Если подать ступеньку, то увидим частоту затухания, и она ближе будет к собственной частоте, несмотря на рассеяние энергии. 

А если ищем вторую с.ч. ?

[Александр_Iskander 0]

Ну что, так никто и не подскажет как провести коррекцию КЭМ (сложной конструкции) по результатам экспериментальных данных (формы и частоты)?

[ДОБРЯК 530]

2 часа назад, Борман сказал:

А если ищем вторую с.ч. ?

Видно что вы не понимаете как в реальности определяют собственные частоты и формы. Хотя вам уже объяснили. :-)

Ударили по конструкции и конструкция будет колебаться по собственным формам и частотам. Вы определение резонанса нашли в учебнике найдите определение собственных колебаний. Напишите уравнение собственных колебаний и вы увидите что нет правой части и нет демпфирования и уж тем более нелинейного трения.)

[karachun 2,027]

1 час назад, Александр_Iskander сказал:

Ну что, так никто и не подскажет как провести коррекцию КЭМ (сложной конструкции) по результатам экспериментальных данных (формы и частоты)?

Нет, нам и без вас весело.

Если в теме начался спор с Добряком про собственные частоты или устойчивость то считайте что тема пропала. Или зовите модератора и попросите вычистить эту тему или создавайте новую. В этой теме уже конструктивного обсуждения не будет.

[AlexKaz 1,629]

12 часов назад, Александр_Iskander сказал:

Ну что, так никто и не подскажет как провести коррекцию КЭМ (сложной конструкции) по результатам экспериментальных данных (формы и частоты)?

Большой красной кнопки не существует. Изменяйте жёсткость, массы. Вручную, конечно. Если же хочется автоматизации... Я писал диплом на аналогичную тему:

https://www.researchgate.net/publication/330934665_Search_of_mechanical_properties_of_the_road_bed_layers_with_a_vibrating_response_of_a_road_bed_pavement_master's_degree_diploma

https://www.researchgate.net/publication/328912273_Search_of_mechanical_properties_of_the_road_bed_layers_with_a_vibrating_response_of_a_road_bed_pavement

[Борман 2,283]

13 часов назад, Александр_Iskander сказал:

Ну что, так никто и не подскажет как провести коррекцию КЭМ (сложной конструкции) по результатам экспериментальных данных (формы и частоты)?

Нужно убедиться что в КЭМ  ограничения работают также как в эксперименте. Это, пожалуй, главное. После этого начинайте считать. Не обращая внимания на частоты попробуйте сопоставить формы. Найдите похожие, посмотрите совпали ли неподвижные точки (узлы) колебаний. Если совпали, это очень хорошо. Ну в общем надо по обстановке действовать конечно.

[Fedor 1,501]

13 часов назад, Александр_Iskander сказал:

Ну что, так никто и не подскажет как провести коррекцию КЭМ (сложной конструкции) по результатам экспериментальных данных (формы и частоты)?

"

5,1 Гц по КЭМ

4,3 Гц по замерам

"   скорректировать жесткость  при расчетах. Расчеты проще поменять чем эксперимент переделывать :) 

Edited September 28, 2022 by Fedor

[Борман 2,283]

11 минут назад, Fedor сказал:

скорректировать жесткость  при расчетах.

Сделать стальной лист не 5 мм, как по штангенциркулю, а 6мм ?

Или воткнуть опоры, которой нет ?

 

Я, смотрю, вы употребили гендерно-нейтральное слово "скорректировать" вместо "на*бать".

[Fedor 1,501]

Проще модуль поправить. Ввести какой-нибудь коэффициент, как всегда делали в докомпьютерные времена. Модели были грубыми и их корректировали коэффициентами из экспериментов . Например в Деталях машин и зубчатых передачах.  Ну и коэффициенты концентрации само-собой. 

Цитата

Или воткнуть опоры, которой нет ?

Это увеличит жесткость, то есть частоту, а надо понижать, насколько понимаю. Вместо жестких закреплений можно поставить более податливые  ... :) 

[ДОБРЯК 530]

И для второй собственной частоты модуль упругости поправить). И для третьей...

Что ж это настоящая Валидация КЭМ. :-)

[Fedor 1,501]

Все остальные тоже сместятся ... 

[Fedor 1,501]

Если известны экспериментальные значения и для других, то можно минимизировать ошибки через наименьшие квадраты... 

[soklakov 1,389]

26.09.2022 в 19:46, Александр_Iskander сказал:

Ребят, подскажите, пожалуйста, можно ли и как валидировать конечно-элементную модель по результатам натурного эксперимента?

Скалибровать. Это было "скалибровать"!

[Orchestra2603 170]

On 9/26/2022 at 6:46 PM, Александр_Iskander said:

Всем привет! Ребят, подскажите, пожалуйста, можно ли и как валидировать конечно-элементную модель по результатам натурного эксперимента?
Т.е. есть КЭМ с результатами (собственные формы и частоты) и результаты эксперимента (тоже формы и частоты) из ТестЛаба.

Эх, блин... Уже поздно че-то писать тут, да?

[Александр_Iskander 0]

17.01.2023 в 13:55, Orchestra2603 сказал:

Эх, блин... Уже поздно че-то писать тут, да?

Если есть что предложить по решению задачи, то всегда пожалуйста.)

[Orchestra2603 170]

On 9/27/2022 at 6:12 PM, Александр_Iskander said:

Ну что, так никто и не подскажет как провести коррекцию КЭМ (сложной конструкции) по результатам экспериментальных данных (формы и частоты)?

Тут целая наука отдельная. Люди статьи пишут, пытаются какие-то методы математические построить. Там есть и вероятностные подходы, есть оценки на основе малых приращений, и всякие матричные манипуляции и минимизация квадрата ошибки. Можете почитать, например, эту книжку: 

(Solid Mechanics and its Applications 38) M. I. Friswell, J. E. Mottershead (auth.) - Finite Element Model Updating in Structural Dynamics-Springer Netherlands (1995).pdf

и эти пары статей:

 

Chen, H., Tee, K. (2014). Structural finite element model updating using incomplete ambient vibration modal data. Science China Technological Sciences, 57(9), 1677–1688.pdf

Carvalho, J., Datta, B. N., Gupta, A., Lagadapati, M. (2007). A direct method for model updating with incomplete measured data and without spurious modes. Mechanical Systems and Signal Processing, 21(7), 2715–2731.pdf

 

Я много лет назад занимался задачами идентификации форм, частот, демпфирований. Помню, что когда, например, проявляются формы "оболочечные" на более высоких частотах, то разница становится сильно ощутимой, иногда даже не понять, какая форма из МКЭ какой форме из эксперимента соответствует. 

 

Вы дайте больше конкретики:

-Что у вас за конструкция?

-Какой у вам массив данных из эксперимента?

-Насколько сильно по частотам и формам вы не попади в эксперимент? Может ли тут сказаться влияние подвеса/закрепления конструкции в эксперименте, которым вы пренебрегли в расчетах? Демпфирование тоже может смазывать и немного сдвигать резонансные пики, а также искажать фазовые сдвиги перемещений по собственной форме.

-В каких параметрах, по-вашему, "сконцентрирована" неопределенность в вашей МКЭ моделе? Иначе говоря, что мы можем менять и двигать в моделе, чтобы некоторые формы и частоты подогнались под эксперимент? Все что мы можем, так это менять пропорционально ("занижать/завышать") матрицы жесткостей и масс каких-то эленментов, так что, возможно, саму МКЭ модель тоже потребуется переделать.

 

Самое простое, что сейчас приходит в голову - попробовать собрать функцию цели из суммы квадратов ошибок по всем параметрам, и погонять design optimization с минимизацией этой функции цели. Понятно, что решение не будет единственным, и все такое. Но с этого хотя бы можно начать.

 

Удачи!

Edited January 30 by Orchestra2603

[Александр_Iskander 0]

30.01.2023 в 21:37, Orchestra2603 сказал:

Тут целая наука отдельная. Люди статьи пишут, пытаются какие-то методы математические построить. Там есть и вероятностные подходы, есть оценки на основе малых приращений, и всякие матричные манипуляции и минимизация квадрата ошибки. Можете почитать, например, эту книжку: 

(Solid Mechanics and its Applications 38) M. I. Friswell, J. E. Mottershead (auth.) - Finite Element Model Updating in Structural Dynamics-Springer Netherlands (1995).pdf 10 \u041c\u0431 · 5 скачиваний

и эти пары статей:

 

Chen, H., Tee, K. (2014). Structural finite element model updating using incomplete ambient vibration modal data. Science China Technological Sciences, 57(9), 1677–1688.pdf 894 \u041a\u0431 · 3 скачивания

Carvalho, J., Datta, B. N., Gupta, A., Lagadapati, M. (2007). A direct method for model updating with incomplete measured data and without spurious modes. Mechanical Systems and Signal Processing, 21(7), 2715–2731.pdf 727 \u041a\u0431 · 6 скачиваний

 

Я много лет назад занимался задачами идентификации форм, частот, демпфирований. Помню, что когда, например, проявляются формы "оболочечные" на более высоких частотах, то разница становится сильно ощутимой, иногда даже не понять, какая форма из МКЭ какой форме из эксперимента соответствует. 

 

Вы дайте больше конкретики:

-Что у вас за конструкция?

-Какой у вам массив данных из эксперимента?

-Насколько сильно по частотам и формам вы не попади в эксперимент? Может ли тут сказаться влияние подвеса/закрепления конструкции в эксперименте, которым вы пренебрегли в расчетах? Демпфирование тоже может смазывать и немного сдвигать резонансные пики, а также искажать фазовые сдвиги перемещений по собственной форме.

-В каких параметрах, по-вашему, "сконцентрирована" неопределенность в вашей МКЭ моделе? Иначе говоря, что мы можем менять и двигать в моделе, чтобы некоторые формы и частоты подогнались под эксперимент? Все что мы можем, так это менять пропорционально ("занижать/завышать") матрицы жесткостей и масс каких-то эленментов, так что, возможно, саму МКЭ модель тоже потребуется переделать.

 

Самое простое, что сейчас приходит в голову - попробовать собрать функцию цели из суммы квадратов ошибок по всем параметрам, и погонять design optimization с минимизацией этой функции цели. Понятно, что решение не будет единственным, и все такое. Но с этого хотя бы можно начать.

 

Удачи!

Да, конечно же нужно подбирать жесткостные параметры, но вручную это довольно долгий процесс, т.к. модель (КЭМ) оболочечная и состоит из порядка 40 000 элементов. Экспериментальные данные тоже содержат не мало параметров (узлов около 500) и большая часть из них была получена с помощью лазерного виброметра.

КЭМ выполнена с помощью NX Femap. Так вот, я искал ПО, с помощью которого можно хоть как-то автоматизировать подбор жесткостных параметров КЭМ (это пружины и некоторые свойства композитных элементов). Из зарубежных ПО известен, например, FEMtools... Но его невозможно нигде найти, на официальном их сайте даже пробную не скачаешь (пробовал через VPN).
 

[Orchestra2603 170]

On 2/6/2023 at 6:24 PM, Александр_Iskander said:

Да, конечно же нужно подбирать жесткостные параметры, но вручную это довольно долгий процесс...

В статье Carvalho, J., Datta, B. N., Gupta, A., Lagadapati, M. (2007) изложен алгоритм манипуляциями матриц. Там, если вы прям по шагам будете делать, то можно модифицировать матрицу жетскости так, чтобы у вас набор частот и форм из эксперимента точно соответствовал частотам и формам из модального анализа по МКЭ, при этом остальные частоты и формы не поменяются. Там довольно прямая процедура и в вычислительном плане не особо то затратная, если разобраться. Проблема только в том, что там могут в матрице жесткости появиться элементы, которые сложно с физической точки зрения интерпретировать (например, если матрица ленточная, и вдруг откуда не возьмись, появляются ненулевые компоненты, там где с физической точки зрения их быть не должно). Вот в таком случае, придется как-то выкручиваться и плясать с бубном.

 

On 2/6/2023 at 6:24 PM, Александр_Iskander said:

Из зарубежных ПО известен, например, FEMtools...

Там надо же вроде зарегитрироваться на Support Site (https://www.femtools.com/support/index.php?FTSUPPORT=Enter+the+FEMtools+Support+Portal) через забытый пароль, и потом там уже на FEMtools Support Portal можно будет скачать trial.. Или все равно не выходит?

 

Все же хотелось бы узнать.... Сколько у вас в итоге получается параметров жесткости, которые не фиксированы, и которые можно менять? Сколько частот и форм получено из эксперимента? Какие погрешности по частотам и MAC'и по формам по сравнению с модальным анализом? Конструкцию вы как крепили в эксперименте? И как моделировали крепление в расчете?

[Александр_Iskander 0]

5 часов назад, Orchestra2603 сказал:

В статье Carvalho, J., Datta, B. N., Gupta, A., Lagadapati, M. (2007) изложен алгоритм манипуляциями матриц. Там, если вы прям по шагам будете делать, то можно модифицировать матрицу жетскости так, чтобы у вас набор частот и форм из эксперимента точно соответствовал частотам и формам из модального анализа по МКЭ, при этом остальные частоты и формы не поменяются. Там довольно прямая процедура и в вычислительном плане не особо то затратная, если разобраться. Проблема только в том, что там могут в матрице жесткости появиться элементы, которые сложно с физической точки зрения интерпретировать (например, если матрица ленточная, и вдруг откуда не возьмись, появляются ненулевые компоненты, там где с физической точки зрения их быть не должно). Вот в таком случае, придется как-то выкручиваться и плясать с бубном.

 

Там надо же вроде зарегитрироваться на Support Site (https://www.femtools.com/support/index.php?FTSUPPORT=Enter+the+FEMtools+Support+Portal) через забытый пароль, и потом там уже на FEMtools Support Portal можно будет скачать trial.. Или все равно не выходит?

 

Все же хотелось бы узнать.... Сколько у вас в итоге получается параметров жесткости, которые не фиксированы, и которые можно менять? Сколько частот и форм получено из эксперимента? Какие погрешности по частотам и MAC'и по формам по сравнению с модальным анализом? Конструкцию вы как крепили в эксперименте? И как моделировали крепление в расчете?

В Femtools не удаётся запросить пробную лицензию, молчат уже полгода (повторно отправлял под другими именами и адресами - та же история).
Что касается параметров и самого эксперимента:

- параметров, подлежащих коррекции не много (жесткостей типа Celas и CBush 6 групп,в каждой из которых по 3 нормальных к пл-ти и 3 "крутильных"),

- эксперимент проводился с помощью вибростола типа Schenk (опытный образец весом около 500 кг.) в трех направлениях, полученные результаты были обработаны с помощью Test.Lab методом Polymax (получил модальные параметры: формы, частоты и демпфирование),

- тонов было получено 5 в диапазоне частот 5-70Гц,

- в расчётной КЭМ постарался соблюсти граничные условия, реализованные в эксперименте, провёл модальный анализ в интересующем диапазоне частот (5-70 Гц),

- в Ансис подгрузил данные эксперимента (не могу показать) и получил сходимость (если можно назвать ею) только по одной частоте (10%), остальные имеют большой разброс (от 20 до 50%).
Вручную менять параметры можно и даже что-то получается, но это весьма трудоёмко.

 

[Orchestra2603 170]

31 minutes ago, Александр_Iskander said:

В Femtools не удаётся запросить пробную лицензию, молчат уже полгода (повторно отправлял под другими именами и адресами - та же история).

Ради интереса сейчас тоже попробовал запросить доступ их порталу и получить триал. Посмотрим.))

32 minutes ago, Александр_Iskander said:

параметров, подлежащих коррекции не много (жесткостей типа Celas и CBush 6 групп,в каждой из которых по 3 нормальных к пл-ти и 3 "крутильных"),

т.е. всего 54  (6*3*3) параметра? А что-то вы еще писали, что свойства композитов? Т.е. еще упругие свойства где-то варьируются? Для того, чтобы ставить оптимизационную задачу - это очень много (обычно решают с 10-20 параметрами).  Т.е. если в лоб искать минимум квадрата ошибки каким-нибудь градиентным спуском, то у вас будет порядка 50 000 - 100 000 минимум, чтобы модальных расчетов, чтобы к чему-то сойтись.  Если брать, скажем, 10 секунд на один расчет, это может занять у вас порядка 10 дней расчетного времени. Хотя, если извлекать только первые 5 собственных значений и форм (у вас же они в одном и том же порядке в расчете и в эксперименте?), то может и быстрее получиться. В Ансис есть Design Optimization, я там как-то делал такие вещи через APDL. Думаю, и в других пакетах есть что-то похожее. Советую попробовать.

 

56 minutes ago, Александр_Iskander said:

эксперимент проводился с помощью вибростола типа Schenk (опытный образец весом около 500 кг.) в трех направлениях, полученные результаты были обработаны с помощью Test.Lab методом Polymax (получил модальные параметры: формы, частоты и демпфирование)

С вибростолами работал, но не с ТестЛабом, ни с Полимаксом не знаком))). Нагружали синусом с медленно растущей частотой (обычно что-то типа sweeping harmonic называется)? На вибростоле АЧХ получаются чище, чем при ударном возбуждении. На резонансах (или на извлеченных формах, если там какой-нибудь хитрый curve fitting по АЧХ используется) точки перемещния в точках измерения все движутся синфазно?

 

1 hour ago, Александр_Iskander said:

- в Ансис подгрузил данные эксперимента (не могу показать) и получил сходимость (если можно назвать ею) только по одной частоте (10%), остальные имеют большой разброс (от 20 до 50%)

А что по формам? Выглядят похоже? Посчитайте какие-нибудь MAC'и (см., например, здесь modal assurance criterion )