本发明涉及有限元模型修正，具体涉及一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法。
背景技术：
1、有限元模型被广泛的用于分析结构的动力特性、结构健康监测以及状态评估。然而，当有限元模型与真实结构之间的模态特性(如固有频率、阻尼比和振型)存在较大的差异时，预测性能就值得怀疑。尽管可以根据精确的技术设计数据和最佳工程判断仔细开发有限元模型，但由于简化和理想化连接，有限元模型中不可避免地存在建模错误。不确定的几何形状、材料特性和边界材料也给开发高精度有限元模型带来了挑战。因此需要对模型参数进行一定的修正。
2、相较于传统的有限元修正方法，代理模型法能以显式的响应面函数拟合结构特征量与参数之间复杂的隐式关系，建立一个替代有限元模型的代理模型进行优化迭代过程。这样便可以避免多次调用有限元软件进行计算从而保证精度的同时大大地提高的修正效率。
3、对于汽轮发电机定子端部绕组结构含有许多构件，整体构件的局部区域也可能存在不同程度的差异，即同一构件的局部构件参数之间也可能存在差异，同时，构件的整体设计参数往往对许多结构响应耦合，当耦合响应的误差差异较大时，对整体设计参数的修正难以取得较好的修正效果。因此为了减少这种响应耦合提出基于目标响应误差和待修正设计参数灵敏度的加权kendall相关系数指标，利用加权kendall相关系数来描述各个待修正设计参数灵敏度之间的相似性，作为参数聚类的依据，将理论目标响应与实测目标响应之间的误差信息融入kendall相关系数的权数中，使得待修正设计参数对所选目标响应具有合适的解耦能力。
4、经过检索，公开号cn116306152a，一种发电机定子端部电磁振动的计算方法、系统及存储介质，包括建立发电机端部区域的三维电磁力仿真分析有限元模型；针对不同工况的电枢电流和励磁电流参数建立相应的激励源，计算得到定子端部绕组的电磁力密度分布；将定子端部几何模型导入振动仿真软件对定子端部绕组所有线棒进行节点划分得到定子端部绕组的节点信息；根据定子端部绕组在不同工况下的电磁力密度分布和定子端部绕组的节点信息得到定子端部绕组在节点处的电磁力；将定子端部绕组在节点处的电磁力通过节点力的形式加载到定子端部绕组上，建立发电机定子端部绕组三维振动分析有限元模型，计算不同工况下发电机定子端部绕组的振动幅值和应力幅值。该专利在计算电磁力计算下的有限元模型时，没有考虑到绑扎带对于结构振动的影响导致固有频率有所偏差，本发明通过有限元模型修正把绑扎带的影响进行了参数化，通过响应面法合理地减小了固有频率的误差。
技术实现思路
1、本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法。本发明的技术方案如下：
2、一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其包括以下步骤：
3、步骤1、建立汽轮发电机定子端部绕组初始有限元模型；并通过有限元软件得出结构的模态分析结果；
4、步骤2、针对实际结构进行锤击法模型试验，获得结构实测响应数据；
5、步骤3、基于实测动态响应数据与有限元模型的结构数据进行自由度匹配与相关性分析；若有限元模拟结果与模态试验结果相差较大，则需重新进行有限元建模；
6、步骤4、基于灵敏度分析并结合工程经验筛选出对模型影响较大的参数作为待修正参数；
7、步骤5、将构件整体设计参数划分成多个参数单元，再依据各个参数单元灵敏度和层次聚类算法进行参数单元的聚类；对于聚类过后灵敏度较高的参数组作为代修正参数组；
8、步骤6、采用中心复合设计抽样方法获得样本点，基于样本点拟合出二次多项式代理模型；
9、步骤7、对二次多项式代理模型进行精度检验，若未达到精度要求则重新进行试验设计；
10、步骤8、以修正后的有限元模型响应与实际模型响应尽量接近为总体目标，构建目标函数；
11、步骤9、选用粒子群算法作为迭代算法进行优化求解，判断迭代运算是否收敛；若迭代计算收敛，则得出最终的修正参数，进而得出修正后的有限元模型；若迭代运算不收敛，则重复上述过程进行重新计算。
12、进一步的，所述步骤1中，步骤1、建立汽轮发电机定子端部绕组初始有限元模型；并通过有限元软件得出结构的模态分析结果，具体包括：
13、采用pro/e三维建模软件和ansys有限元软件进行有限元建模、网格划分和模态分析；采用pro/e三维建模软件进行建模，后导入ansys workbench中；通过ansys-modal模块对汽轮发电机定子端部绕组进行模态分析，在结构中线棒部分采用六面体单元hexa，两端连接组件及支架部分采用四边形单元quad4；在ansys workbench中进行接触关系设置时，定子端部绕组的上下层线棒小径端均使用固定约束，大径端自由；铜支架与铜屏蔽为固定接触，铜屏蔽与压圈固定接触，铜支架为固定约束。
14、进一步的，所述步骤2针对实际结构进行锤击法模型试验，获得结构实测响应数据，具体包括：
15、模态试验是基于lms test.lab平台的，试验过程中利用冲击力锤施加脉冲激励，采用单点激励多点响应的形式。
16、进一步的，所述步骤3中,有限元模型的结构数据进行自由度匹配与相关性分析检验标准计算公式如下：
17、
18、
19、式中，mac为模态置信度，i,j分别为实验模态阶数和有限元模态阶数；ri,j为固有频率误差。为有限元计模型计算得出的模态阶数；fj为模态实验获得的模态阶数；为有限元模型计算得出的模态振型向量；φj为模态实验获得的模态振型向量；
20、进一步的，所述步骤4中,选取汽轮发电机定子端部绕组的线棒杨氏模量、线棒密度、径向支架杨氏模量、径向支架密度、绑环杨氏模量为设计参数；灵敏度的计算公式如下：
21、
22、
23、式中，分别为不同的目标响应对不同的设计参数的灵敏度大小。
24、进一步的，所述步骤5中，kendall肯德尔相关系数是一个用来衡量2个随机变量相关性的统计值，其计算公式如下：
25、
26、式中n0为元素对总数，n1为两个随机变量中正相关的元素对；n2为两个随机变量中负相关的元素对；n3、n4为两个随机变量中相同的元素对。
27、进一步的，所述步骤5中的层次聚类算法具体包括：
28、(1)初始化：将每个数据点视为一个单独的聚类，计算并储存所有聚类对之间的相似度或者距离。
29、(2)合并操作：在所有的聚类对中，选择距离最近(或相似度最高)的一对，将其合并到同一个聚类中。
30、(3)更新距离：合并聚类后，重新计算新生成的聚类与其他聚类之间的距离(或相似度)，并更新距离(或相似度)矩阵。
31、(4)迭代过程：重复步骤2和步骤3，直到所有的数据点都合并到同一个聚类中，迭代结束。每一次迭代都会减少一个聚类，每一次迭代都对应着树状图里的一个层次。
32、(5)剪枝：如果需要的话，可以通过设置一个阈值，剪掉树状图中某一层次下的所有分支，由此可得到预期的聚类数目。
33、进一步的，所述步骤6中，采用中心复合设计抽样的试验设计方式提取样本点；拟合二次多项式响应面模型时，选用无交叉项的二次多项式作为相关函数。
34、进一步的，所述步骤7中，选用的二次多项式模型评价因子有决定系数r2和均方根误差rmse两种检验标准：
35、
36、
37、式中，ωi为样本点i处的有限元计算值，其中i的取值范围为1到k，k为样本点个数；为响应面计算值；为有限元计算结果的平均值；决定系数r2反映了代理模型与实测值之间的相关性，决定系数r2越趋近于1，则代理模型相关程度越高；均方根误差rmse反映了代理模型与实测值之间的差异性，均方根误差rmse越趋近于0，则代理模型精度越高；
38、进一步的，所述步骤8中，以修正后的汽轮发电定子端部绕组模型有限元模型与实际管道模型响应尽可能接近为总体目标，利用模态试验所得模态频率和模态置信度构建二次多项式模型的目标函数：
39、
40、式中，为第i阶实验得出的实验模态，其中i的取值范围为1-m，m为参与修正的模态阶数的样本个数；为第i阶有限元模型计算模态频率；为第i阶实验得出的模态置信度；为第i阶有限元模型计算得出的模态置信度。本发明的优点及有益效果如下：
41、本发明采用二次多项式响应面作为代理模型，提高了代理速度，且可以对结构的耦合响应进行优化；同时，采用粒子群算法，拟合效果更优且计
42、本发明方法，以端部绕组的固有频率以及模态置信度mac(modal assurancecriteria)作为动力响应的关键指标，选取线棒刚度、径向支架刚度、绑环刚度、线棒质量、径向支架质量为设计变量，通过中心复合设计获取样本，在ansys workbench软件中建立实验样本对应的模型，计算得出其固有频率及模态置信度，采用基于二次多项式的响应面法构造响应的代理模型，确定目标函数及各设计参数约束然后运用粒子群算法对各参数进行寻优；其次，为解决设计参数对各响应之间存在的耦合问题，提出基于目标响应误差和设计参数灵敏度的加权kendall系数相关系数指标，利用层次聚类算法，合理确定代修正参数的数量及位置，保证代修正参数对各项应具有合适的解耦能力；通过有限元模型修正，提升了汽轮发电机定子端部模型精度，保证了模型的状态预测具有实际意义。
43、创新点：
44、(1)本发明提出基于kendall相关系数的聚类法，对影响响应因素大的物理参数进行局部分类。使其具有一定的解耦能力。解决了传统响应面法参数之间的耦合响应问题。
45、(2)本发明进行层次聚类分析中，应用kendall系数作为分类标准，代替传统的欧式范数作为分类标准，使得分类过后的响应更加具有物理意义。
1.一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤1中，步骤1、建立汽轮发电机定子端部绕组初始有限元模型；并通过有限元软件得出结构的模态分析结果，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤2针对实际结构进行锤击法模型试验，获得结构实测响应数据，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤3中,有限元模型的结构数据进行自由度匹配与相关性分析检验标准计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤4中,选取汽轮发电机定子端部绕组的线棒杨氏模量、线棒密度、径向支架杨氏模量、径向支架密度、绑环杨氏模量为设计参数；灵敏度的计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤5中，kendall肯德尔相关系数是一个用来衡量2个随机变量相关性的统计值，其计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤5中的层次聚类算法具体包括：
8.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤6中，采用中心复合设计抽样的试验设计方式提取样本点；拟合二次多项式响应面模型时，选用无交叉项的二次多项式作为相关函数。
9.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤7中，选用的二次多项式模型评价因子有决定系数r2和均方根误差rmse两种检验标准：
10.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机定子端部绕组的有限元模型修正方法，其特征在于，所述步骤8中，以修正后的汽轮发电定子端部绕组模型有限元模型与实际管道模型响应尽可能接近为总体目标，利用模态试验所得模态频率和模态置信度构建二次多项式模型的目标函数：
