题目：航天器结构有限元模型修正方法研究

有限元法作为一种快速、便捷的结构动力学性能预测分析方法，广泛应用于航空航天、汽车等结构工程领域。但是受有限元模型的合理等效、简化等因素影响，仿真计算与试验分析之间必然存在误差，结构有限元仿真预测的可信度有待进一步提高。开展结构有限元模型修正的理论、方法及应用研究，改善有限元模型的预测精度并将修正后模型用于替代或者部分替代操作复杂、耗费较大的试验分析，则具有明显的经济效益和广阔的工程应用前景。因此，本文研究具有重要的理论与实际意义。

论文的主要贡献与创新点有：

（1）提出一种混合粒子群和单纯形优化求解有限元逆特征值的模型修正方法。构建出基于混合优化的多元参数有限元模型修正流程，实现了模型优化修正过程中全局最优点寻找及其局部细化功能，解决了常用的灵敏度优化修正方法难以对大范围变量空间内的参数寻优修正问题。以螺栓连接结构算例的模态试验数据来修正大范围连接参数的等效有限元模型，证实了此方法可适用于大尺度范围参数的修正，扩大了有效适用范围并且提高了修正精度。

（2）提出基于统计学的显著性参数筛选以及高阶响应面优化的结构有限元模型修正方法。利用试验设计和F值检验筛选显著性的修正参数，改进的不完全4次多项式核函数来构建高阶响应面模型。精确的高阶响应面替代有限元模型并结合混合优化进行模型修正，解决了迭代修正过程中计算量较大的问题。以欧洲航空科技组织的GARTEUR飞机结构为算例进行模型修正，研究结果表明修正后模型不仅具有良好的复现和预测能力，而且还能预测结构局部修改后的频率。同时与欧洲研究机构的修正结果横向对比，证实了经过参数筛选后高阶响应面优化的模型修正方法，不但较好的改善了模型预测精度，而且提高了修正效率。

（3）提出一种基于快速蒙特卡罗逆向传递的多元不确定性的随机模型修正方法。从概率统计的角度，利用高阶响应面与蒙特卡罗法相结合的快速随机抽样以及仿真与试验相关的输出均值与协方差阵的平均加权和函数反向估计不确定性参数，构建出不确定性框架下的随机模型修正流程，实现了不确定性正/反向传递分析以及均值和协方差阵的同步修正，解决了多元不确定性的模型修正问题。多工况的三自由度弹簧-质量系统数值算例证实了所提出方法的可行性。多次重复性模态试验的GARTEUR飞机结构算例以重合度准则验证了方法的真实有效性。研究结果表明此方法快速、有效的改善了随机仿真模型的预测精度。

（4）面向实际工程的航天器结构有限元模型修正方法有效性及广泛性的应用和验证研究。从众多参数中筛选显著性的修正参数，构建复杂航天器结构的高阶响应面模型，并以高阶响应面优化的方法来改善仿真模型的预测精度。修正后模型的三级预示水平以及正弦扫频试验的检验，证实了此方法改善了模态及频响分析的结果，扩大了修正模型的应用范围，可减少结构设计过程中的试验次数。研究结果表明该方法适用于复杂航天器结构的实际工程应用。