D-A-CH TAGUNG 2011 - SGEB

Modells und dessen kontinuierliche Anpassung (Updating) an den augenblicklichen Zustandder Tragstruktur erforderlich.Das Ziel der Anpassung des Finite-Element-Modells ist die Herstellung der Übereinstimmungder Berechnungsergebnisse des numerischen Modells mit den am Tragwerk gemessenenErgebnissen, indem der Defekt zwischen den gemessenen und den numerischen modalenEigenschaften minimiert wird. Diese Aufgabe wird als ein Optimierungsproblem formuliertund durch eine iterative Prozedur gelöst. In der gegenwärtigen Arbeit wird dabei eine neuartigeModellanpassungsprozedur unter Verwendung von multi-kriterieller Optimierung vorgestellt,die auf der hierarchischen Mehrebenen-Skalierungsstrategie in [14] beruht. Die komplexenTragstrukturen in der Realität führen auf Optimierungsprobleme, die schwer zu lösensind. Daher wird ein Java-basiertes Optimierungsprogrammsystem mit dem NamenMOPACK eingesetzt, mit dem das simulationsbasierte Optimierungsproblem gelöst werdenkann. MOPACK ist die Abkürzung für ein Mehrmethoden-Optimierungspaket, das von [15]implementiert wurde. Es enthält zahlreiche robuste Optimierungsstrategien, einschließlichdeterministischer und stochastischer Methoden. Um das Optimierungsproblem der Modellanpassungsprozedurzu lösen, werden die evolutionären Algorithmen (EA), die der Kategorieder stochastischen Methoden zuzuordnen sind, ausgewählt – aufgrund der Komplexität desOptimierungsproblems und der ableitungsfreien Eigenschaft der EAs.Um die vorgeschlagene Modellanpassungsprozedur zu testen, wird das FE-Modell entsprechendder Messergebnisse angepasst, wobei jedoch synthetisch induzierte Schädigungendurch eine FE-Vorwärtsrechnung simuliert werden. Es wird angenommen, dass die Schädigungin der Nähe der unteren Schraubenverbindung auftritt (vgl. Abb. 8). Es wird unterstellt,dass die Masse des Turms unverändert bleibt und sich seine Biegesteifigkeiten infolge derSchädigungen ändern. Es werden dementsprechende Federelemente an den vier Verbindungsstelleneingeführt, um somit die Biegesteifigkeiten k1, k2, k3 und k4 als EntwurfsvariablenAbb. 8: Simulierte SchadensscenarioAbb. 9: Ergebnisse der Optimierung (ki = 10eX [Nm/rad])einführen zu können. Bei der Simulation der Messungen wird der Steifigkeitswert k2 gezieltreduziert, um auf diese Weise eine Schädigung der zweiten Verbindung initiieren zu können.Daraufhin werden die Eigenfrequenzen und die Eigenformen ausgewertet, mit einer Zielfunktion,die die Unterschiede zwischen den modalen Eigenschaften der simulierten "Messung"und der FE-Modell-Berechnung erfasst. Die Zielfunktion folgt der Formulierung von [16].Die Ergebnisse der Optimierung sind in Abb. 9 zusammengefasst. In Tabelle 2 werden diemodalen Parameter der geschädigten Tragstruktur, des originalen FE-Modells und des angepasstenFE-Modells nach der Optimierung miteinander verglichen, wobei Δf d0 = |f d -f 0 |/f d ,Δf d1 = |f d -f 1 |/f d gilt. Man sieht, dass die angenommene Schädigung identifiziert und der zu-9245