一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置，能够实现结构与材料的跨尺度关联决策。所述方法包括：根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。本发明专利技术适用于确定服役结构的损伤。

Method and device for determining damage information of non serviceable long-term service structure

The invention provides a method and a device for determining damage information of a structure in long-term service, which can realize cross-scale correlation decision of structure and material. The method includes: according to the results of the finite element simulation on the scale level of the structure and the mechanical properties analysis on the material scale level, cross-scale registration correlation is carried out by using the equivalent stress, and the fatigue damage results of the service structure are obtained by simulation; the fatigue damage results of the service structure materials obtained by on-line detection are obtained; and the simulation is carried out. The fatigue damage results of the service structure and the fatigue damage results of the service structure materials obtained by on-line detection are determined by cross-scale decision-making to determine the fatigue damage of the service structure. The invention is suitable for determining the damage of the service structure.

【技术实现步骤摘要】
一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置
本专利技术涉及信息分析与辅助决策领域，特别是指一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置。
技术介绍
在对不可维修长期服役结构进行寿命研究时，这类结构具有设计寿命长、失效数据少、材料分散性、单体无法进行独立试验等特点。典型的不可维修长期服役结构如高铁齿轮箱箱体、核电站压力容器、石油长输管线等，都是以机械结构为主、缺少电气功能的结构件，尚没有这类不可维修长期服役结构的全生命周期的服役真实数据，对结构尺度的寿命分析研究是以仿真分析为主的。在实验室加速试验中，可以进行不可维修长期服役结构的成分材料的加速损伤试验，但是对不可维修长期服役结构本身尚不具备全尺寸或大尺寸的加速试验条件。因此考虑对这类典型结构开展有限元仿真分析，但由于仿真分析结果只是一定条件下的期望输出，因此需要依据样本个体特点，对仿真结果进行修正。结构是由材料组成的，虽然材料不能等同于结构，但材料的性能对结构的性能也有巨大的影响作用，因此，可以利用基础材料的服役信息来修正结构仿真分析结果。对于机械零部件，材料与结构本身是影响零部件服役性能的两大要素，材料对于结构服役性能的影响占主要因素。跨尺度是指研究对象的不同方向的线度差别有着数量级上的不同。在材料科学领域，跨尺度关联是探索材料与结构的本质联系的一种途径，整合与沟通宏观、介观和微观3个尺度的理论，是材料设计研究的新思路。目前，跨尺度关联研究多集中在材料失效中的塑性形变及断裂损伤，这主要是考虑到，在一定应力条件下，或是杂质元素引入的状态下，微观尺度域中的材料化学键将发生变化，如晶面解理、位错形核、位错运动和塞积、微裂纹扩展、晶界迁移、位错攀移等，进而宏观尺度域的形变及断裂将最终发生。可以认为结构材料从材料的微观尺度损伤直至表现出宏观变形或断裂失效，属于跨尺度分析研究的典型应用。通常采用连续介质力学和有限元分析方法，研究并建立材料变形与断裂的跨尺度模型，同时将这些方法进行融合，也已经逐步成为跨尺度关联研究的新方向。因此，如何利用结构的基础材料的服役信息来修正结构仿真分析结果，实现结构与材料的跨尺度关联决策，成为不可维修长期服役结构寿命研究的难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置，以利用结构的基础材料的服役信息来修正结构仿真分析结果，从而实现结构与材料的跨尺度关联决策。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，包括：根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。进一步地，所述根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果包括：确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：其中，σa表示交变载荷幅值，表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。进一步地，所述对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤包括：确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；确定模糊集F和G之间的汉明距离；根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值；若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果；否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。进一步地，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。进一步地，确定的模糊集F和G之间的匹配度为：π(F,G)＝1-d(F,G)其中，π(F,G)表示模糊集F和G之间的匹配度。本专利技术实施例还提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，包括：关联模块，用于根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取模块，用于获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；决策模块，用于对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。进一步地，所述关联模块包括：第一确定单元，用于确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；第二确定单元，用于确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：其中，σa表示交变载荷幅值，表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；第三确定单元，用于将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。进一步地，所述决策模块包括：第四确定单元，用于确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；第五确定单元，用于确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；第六确定单元，用于确定模糊集F和G之间的汉明距离；第七确定单元，用于根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；判断单元，用于判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值，若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果，否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。进一步地，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，包括：根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。

【技术特征摘要】
1.一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，包括：根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。2.根据权利要求1所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，所述根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果包括：确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：σa＝σ‘f(2N)b，其中，σa表示交变载荷幅值，σ‘f表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式σa＝σ‘f(2N)b，替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。3.根据权利要求2所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，所述对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤包括：确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；确定模糊集F和G之间的汉明距离；根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值；若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果；否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。4.根据权利要求3所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。5.根据权利要求4所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，确定的模糊集F和G之间的匹配度为：π(F,G)＝1-d(F,G)其中，π(F,G)表示模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾轶博，张卫冬，王璠，张涛，孙畅，陈佳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11