一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的方法技术

本发明专利技术属于建筑结构测试技术领域，公开了一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的方法，系统包括：曲度检测模块、硬度检测模块、重量检测模块、中央控制模块、环境模拟模块、测试数据存储模块、云服务模块、显示模块；同时公开了一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的方法。本发明专利技术通过环境模拟模块可以模拟自然环境真实因素进行测试，大大提升测试结果的可靠性，丰富测试方式；同时通过云服务模块可以利用云服务器集中大数据计算资源进行测试性能数据的分析，大大提高数据处理速度，缩短测试周期，提升测试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的方法
本专利技术属于建筑结构测试
，尤其涉及一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：膜结构是近几十年发展起来的一种新型的大跨度空间结构，它由具有优良性能的织物(膜材)通过支撑构件(如刚性梁、柱、柔性索)，或给膜内空气加压以一定的方式组合并施加适当的初始预张力而形成具有一定刚度的空间结构形状，从而承受一定外荷载的一种空间结构形式。它的历史可以追溯到远古时期的人们利用树木的纤维和兽皮建造的帐篷。膜结构是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学.计算机技术等为一体，具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化，结合整体环境，建筑出标志性的形象工程。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体形显现出梦幻般的效果。然而，现有建筑薄膜结构力学性能测试手段单一，测试效果差；同时对测试数据计算分析速度慢，测试周期长，影响测试效率。遗传算法对初始种群的质量和大小依赖性较强，要求初始种群中的可行装配序列的比例较大，最终可能得不到最优装配序列，甚至有可能不收敛。蚁群算法在进行装配序列规划时需要指定基础零件，并且信息素残留系数和转移概率公式中参数选择难度较大，算法的收敛速度不理想，容易陷入局部最优解。模拟退火算法对解空间的拓展不够好，不容易搜索到最有效的区域，所以搜索效率比较低，且种群多样性差，难以得到最优装配序列。粒子群算法具有规则简单，收敛速度快，可调参数少等特点，但对于离散的优化问题处理不佳，容易陷入局部最优。综上所述，现有技术存在的问题是：现有建筑薄膜结构力学性能测试手段单一，测试效果差；同时对测试数据计算分析速度慢，测试周期长，影响测试效率。在硬度检测中，现有的检测方法获得的数据准确性差，现有的算法的收敛速度不理想，容易陷入局部最优解，造成数据运算效率低，准确性不良。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的方法。本专利技术是这样实现的，一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的系统，所述测试多边形建筑薄膜结构力学性能的系统包括：曲度检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的曲面度数据进行检测；硬度检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的硬度数据进行检测；硬度检测模块的检测方法包括：以薄膜结构的硬度为产品硬度检测序列规划评价的指标，构造适应于万有引力搜索算法的适应度函数；对万有引力搜索算法的计算公式进行重新定义与改造，构建出新的万有引力搜索计算公式；采用新的万有引力搜索计算公式对待检测产品的硬度检测序列进行迭代求解，所获取的计算结果即为最优硬度检测数据；适应度函数为：其中，Fit(t)为适应度函数，f(Xi)表示薄膜结构i的硬度；Qi(k,k+1)表示检测完成第k个薄膜结构到第k+1个薄膜结构的硬度过程所检测的薄膜结构的硬度，该Qi(k,k+1)＝d·Di(k,k+1)+k·Ti(k,k+1)+l·Li(k,k+1)；Di(k,k+1)为检测方向的改变次数，Ti(k,k+1)为检测工具的更换次数，Li(k,k+1)为检测类型的改变次数，k∈[1，N-1]；d是检测方向的重新定向时在硬度检测中的权重系数，k是检测工具更换在硬度检测中的权重系数，l是检测类型的改变在总硬度检测中的权重系数，且满足d+k+l＝1；重量检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的重量数据进行检测；中央控制模块，与曲度检测模块、硬度检测模块、重量检测模块、环境模拟模块、测试数据存储模块、云服务模块、显示模块连接，用于调度各个模块正常工作；环境模拟模块，与中央控制模块连接，用于模拟自然环境因素对薄膜结构进行测试；测试数据存储模块，与中央控制模块连接，用于对测试数据进行存储；云服务模块，与中央控制模块连接，用于通过云服务器集中大数据资源对测试数据进行计算分析；所述云服务模块的能量消耗模型，传感器节点能耗分为发射数据能耗、接收数据能耗和聚合数据能耗，节点到接收点的距离小于阈值d0，则采用自由空间模型，否则，采用多路径衰减模型，从而发射比特数据到距离为d0的接收点的能量消耗如下：其中Eelec为发射电路能量消耗，εfs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，εmp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：ERx(l)＝l×Eelec；聚合比特数据的能量消耗：EA＝l×EDA；其中EDA表示聚合1比特数据的能量消耗；显示模块，与中央控制模块连接，用于显示测试数据信息。进一步，新的万有引力搜索计算公式如下：其中，将待检测的薄膜结构i以粒子i来表示,则为粒子i的万有引力合力，Rand代表的是随机数，该随机数取值范围是[0，1]，其中xid(t)为粒子i在t时刻在第d维空间的位置，Fij表示粒子i受到粒子j的万有引力，G(t)为万有引力常量，α为衰减系数，G0为初始引力常数，T为时间周期，ε为一个小值常数，Mpi表示被动引力质量，Maj表示主动引力质量，Rij(t)为t时刻粒子i与粒子j之间的欧氏距离,i,j＝1,2,...,n，其中xi，xj为粒子i,j在空间中的位置；采用新的万有引力搜索计算公式对待检测产品的硬度检测序列进行迭代求解过程包括以下步骤：1)群体规模的确定以及初始化设待检测产品具有N个检测薄膜，其组成N维搜索空间，种群记为X＝(x1，x2，x3，…xN)，第i个粒子位置标记为：Xi＝(xi1，xi2，xi3，…，xid，…xiN)(i＝1,2,3,…N)；2)，设置最大迭代次数并计算质量设置初始迭代值t为0，最大迭代次数T为100，根据上述适应度函数公式计算粒子在t时刻的Fiti(t)值，定义解决该问题为最小排序规则，根据新的万有引力搜索计算公式计算过程中求解最小值问题Worst(t)和Best(t)的取值，其中：Best(t)是t时刻种群最好的适应度值，Worst(t)是t时刻种群最差的适应度值，Fitj(t)是t时刻个体i的适应度值，Mi(t)是粒子惯性质量；3)，确定万有引力常数并计算万有引力合力其中，取最大迭代次数T为100，初始引力常数G0为100，衰减系数α为20，取ε为5，4)，计算加速度a5)，更新粒子速度和位置vid(t+1)＝Rand×vid(t)+aid(t)xid(t+1)＝xid(t)+vid(t+1)其中，vid(t+1)为粒子i在t+1时刻在第d维空间的速度，Rand代表取值范围为[0，1]的随机数，vid(t)为粒子i在t时刻在第d维空间的速度，aid(t)为粒子i在t时刻在第d维空间的加速度；xid(t+1)为粒子i在t+1时刻在第d维空间的位置，xid(t)为粒子i在t时刻在第d维空间的位置，vid(t+1)为粒子i在t+1时刻在第d维空间的速度；6)，判断是否达到到迭代结束条件，并输出最优硬度检测数据；当达到预先设定的最大迭代次数，就停止循环，并输出此时每个粒子的位置值xid，同时将每个粒子的xid输出值按从小到大进行排序，则得出的该排序序列即为最优硬度检测数据。进一步，所述环境模拟模块包括风雨雪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的系统，其特征在于，所述测试多边形建筑薄膜结构力学性能的系统包括：曲度检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的曲面度数据进行检测；硬度检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的硬度数据进行检测；硬度检测模块的检测方法包括：以薄膜结构的硬度为产品硬度检测序列规划评价的指标，构造适应于万有引力搜索算法的适应度函数；对万有引力搜索算法的计算公式进行重新定义与改造，构建出新的万有引力搜索计算公式；采用新的万有引力搜索计算公式对待检测产品的硬度检测序列进行迭代求解，所获取的计算结果即为最优硬度检测数据；适应度函数为：

【技术特征摘要】
1.一种测试多边形建筑薄膜结构力学性能的系统，其特征在于，所述测试多边形建筑薄膜结构力学性能的系统包括：曲度检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的曲面度数据进行检测；硬度检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的硬度数据进行检测；硬度检测模块的检测方法包括：以薄膜结构的硬度为产品硬度检测序列规划评价的指标，构造适应于万有引力搜索算法的适应度函数；对万有引力搜索算法的计算公式进行重新定义与改造，构建出新的万有引力搜索计算公式；采用新的万有引力搜索计算公式对待检测产品的硬度检测序列进行迭代求解，所获取的计算结果即为最优硬度检测数据；适应度函数为：其中，Fit(t)为适应度函数，f(Xi)表示薄膜结构i的硬度；Qi(k,k+1)表示检测完成第k个薄膜结构到第k+1个薄膜结构的硬度过程所检测的薄膜结构的硬度，该Qi(k,k+1)＝d·Di(k,k+1)+k·Ti(k,k+1)+l·Li(k,k+1)；Di(k,k+1)为检测方向的改变次数，Ti(k,k+1)为检测工具的更换次数，Li(k,k+1)为检测类型的改变次数，k∈[1，N-1]；d是检测方向的重新定向时在硬度检测中的权重系数，k是检测工具更换在硬度检测中的权重系数，l是检测类型的改变在总硬度检测中的权重系数，且满足d+k+l＝1；重量检测模块，与中央控制模块连接，用于对薄膜结构的重量数据进行检测；中央控制模块，与曲度检测模块、硬度检测模块、重量检测模块、环境模拟模块、测试数据存储模块、云服务模块、显示模块连接，用于调度各个模块正常工作；环境模拟模块，与中央控制模块连接，用于模拟自然环境因素对薄膜结构进行测试；测试数据存储模块，与中央控制模块连接，用于对测试数据进行存储；云服务模块，与中央控制模块连接，用于通过云服务器集中大数据资源对测试数据进行计算分析；所述云服务模块的能量消耗模型，传感器节点能耗分为发射数据能耗、接收数据能耗和聚合数据能耗，节点到接收点的距离小于阈值d0，则采用自由空间模型，否则，采用多路径衰减模型，从而发射比特数据到距离为d0的接收点的能量消耗如下：其中Eelec为发射电路能量消耗，εfs为自由空间模型下功率放大电路所需能量，εmp为多路径衰减模型下功率放大电路所需能量，接收比特数据能耗：ERx(l)＝l×Eelec；聚合比特数据的能量消耗：EA＝l×EDA；其中EDA表示聚合1比特数据的能量消耗；显示模块，与中央控制模块连接，用于显示测试数据信息。2.如权利要求1所述的测试多边形建筑薄膜结构力学性能的系统，其特征在于，新的万有引力搜索计算公式如下：其中，将待检测的薄膜结构i以粒子i来表示,则Fid(t)为粒子i的万有引力合力，Rand代表的是随机数，该随机数取值范围是[0，1]，其中xid(t)为粒子i在t时刻在第d维空间的位置，Fij表示粒子i受到粒子j的万有引力，G(t)为万有引力常量，α为衰减系数，G0为初始引力常数，T为时间周期，ε为一个小值常数，Mpi表示被动引力质量，Maj表示主动引力质量，Rij(t)为t时刻粒子i与粒子j之间的欧氏距离,其中xi，xj为粒子i,j在空间中的位置；采用新的万有引力搜索计算公式对待检测产品的硬度检测序列进行迭代求解过程包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，张再华，贺冉，
申请(专利权)人：湖南城市学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43