一种基于改进质量放大技术的绳网动作可靠性仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于改进质量放大的绳网动作可靠性仿真方法，本发明建立了柔性绳网的质量缩放模型，在整个仿真分析过程中，首先利用改进的质量放大技术对绳网进行显示动力分析，在动力学分析的基础上采用RBF神经网络方法构建可靠度函数，然后利用重要度抽样方法对绳网动作进行可靠度仿真。该方法通过粒子群优化算法对传统的质量放大技术进行改进，使得强非线性的柔性绳网在动力学仿真分析中质量放大因子在保证一定的分析精度的基础上计算效率的最大化，解决了柔性体动作可靠性仿真的计算时间和计算精度不能兼顾的问题，大大提高了计算效率。
【专利说明】一种基于改进质量放大技术的绳网动作可靠性仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种绳网动作可靠性仿真方法，尤其涉及一种基于改进质量放大的绳网动作可靠性仿真方法，属于仿真【技术领域】。
【背景技术】 [0002]随着产品对可靠性的要求越来越高，对产品的可靠性分析计算的要求也越来越高。大变形柔性绳网目前在日常生活中的各种任务执行过程中扮演着重要的角色，如何保证绳网在任务执行过程中的可靠性也是一个重要问题。大变形柔性绳网的任务可靠性计算是目前的一个难题，主要体现在:绳网作为大变形柔性体，在动力学分析中具有极强的非线性特点，这不仅给绳网的动力学分析带来困难，同时给可靠性仿真计算带来了耗时太长，计算效率低的问题，同时还表现在绳网动作可靠性函数的拟合精度问题。因为，如何提高柔性绳网可靠性仿真过程中的计算效率和计算精度在工程领域受到了广泛关注。
[0003]柔性绳网运动问题是一个大变形动态非线性问题，大变形动态非线性问题的计算和分析可以说是代表目前有限元分析的最高水平，也是目前还处于迅速发展的领域。对于此类问题中存在的几何非线性和材料非线性问题，用于计算求解的方法主要有两种:静力隐式算法和动力显示算法。静力隐式算法的特征是迭代计算，在每一时间步内需反复迭代，迭代收敛性会受到许多因素的影响，在计算中调整迭代以满足收敛，而且其计算时间随模型单元数量呈指数增长，所以其计算时间长。而动力显示算法是递推计算，无需迭代，就时间步长直接进行递推计算，计算时间随单元数量呈线性增长，计算时间短，而且可以通过质量缩放来缩短计算时间，所以对于大规模计算和高度非线性问题，动力显示算法总体效率要比静力隐式算法高，优势明显。
[0004]结构动力学响应分析是动力显示算法在有限元分析中通常被用来解决的问题，由于动力显示算法采用的中心差分法是通过对时间求导进行计算，引入了质量矩阵，所以在结构动力响应分析中用于平衡方程式中的离散质量矩阵对计算效率和精度都起着至关重要的作用。在这类问题的模拟中，如何正确适当地运用质量缩放方法，使其在保持计算精度和稳定结果的同时提高计算效率，成为一个至关重要的问题。动力显示算法的中心差分
法是条件收敛的，其稳定的收敛条件是:^其中□ t为时间步长，□ tcr为临界
时间步长，Tn为有限元系统的最小固有振动周期。在问题分析中，时间步长必须小于该问题求解方程的临界时间步长，否则算法将不收敛。临界时间步长可近似为应力波通过任一
L
单元网格所消耗时间的最小值，即:□&其中Lmin为模型中单元的最小长度，与网格
划分的疏密程度相关；Cd为应力波在单元中的传播的速度。对于绳网材料，有G =彳；其中E为弹性模量，P为材料密度。在动力显示算法求解时，所消耗的时间长短与增量数n有直接联系，n可以表示为n=T/ □ tra，其中T为整个模拟过程中完成所需要的时间周期。
【权利要求】
1.一种基于改进质量放大技术的绳网动作可靠性仿真方法，其特征在于包括以下步骤: (1)根据柔性绳网的材料性能参数建立柔性绳网的有限元模型； (2)在柔性绳网有限元模型的基础上利用质量缩放原理建立柔性绳网的质量放大模型； (3)针对柔性绳网的质量放大模型计算出柔性绳网的质量放大系数； (4)利用计算出的绳网质量放大系数对柔性绳网进行动力学仿真计算； (5)在动力学仿真计算的基础上，利用人工神经网络方法拟合出柔性绳网的动作可靠性状态函数； (6)根据柔性绳网的动作可靠度状态函数，利用中心正态重要度抽样方法对柔性绳网动作可靠性进行抽样仿真，得到柔性绳网的动作可靠度值； (7)判断柔性绳网动作可靠度是否满足精度要求，如果满足精度要求则将计算出的动作可靠度作为仿真结果输出，否则重复步骤(2)- (6)直到柔性绳网动作可靠度满足精度要求。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进质量放大的绳网动作可靠性仿真方法，其特征在于:所述步骤(3)计算柔性绳网质量放大系数的方法为粒子群优化算法。
【文档编号】G06F17/50GK103593504SQ201310485557
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】张建国, 谭春林, 彭文胜, 王丕东, 马志毅, 刘永健, 张青斌 申请人:北京航空航天大学, 北京空间飞行器总体设计部