航空复合材料修复数字孪生体与智能抢修方法、系统技术方案

本公开提供了一种航空复合材料修复数字孪生体与智能抢修方法、系统和设备，其中方法包括：将实时采集得到的航空复合材料修复实体的修复要素传输给航空复合材料修复数字孪生体；数字孪生体根据修复实体的结构参数和损伤参数建立修复实体的初始可视化的数字模型；数字孪生体根据修复工艺参数进行设计空间搜索，预测出不同修复工艺参数组合的关键性能，得到修复后的修复实体达到关键性能所需的目标修复工艺参数；数字孪生体根据修复工艺参数和初始可视化的数字模型，预测出修复实体关键性能的全场分布信息并显示与分析；和将接收到的目标修复工艺参数传输给修复工具；通过修复工具根据目标修复工艺参数设定修复工艺过程，实施修复实体的智能修复。修复实体的智能修复。修复实体的智能修复。

【技术实现步骤摘要】
航空复合材料修复数字孪生体与智能抢修方法、系统


[0001]本公开属于复合材料修复数字孪生体领域，尤其涉及一种航空复合材料修复数字孪生体与智能抢修方法、系统和设备。

技术介绍

[0002]随着航空飞机整机复合材料使用比例快速提升，其应用范围逐步从非承力部件发展到承力部件，如飞机机身、整流罩、起落架舱门、扰流板、副翼等构件，对航空飞机结构安全起到越来越关键的作用。同时，航空飞机存量的快速增长，随着服役时间、复杂载荷和外部环境的作用，飞机复合材料的损伤与劣化不断累积，如何快速、智能地对航空飞机复合材料损伤进行评估、提供高效、可靠的修理方案和修复工艺已经变得越来越重要。
[0003]航空复合材料修复的一个显著需求就是“快”，但是目前航空复合材料修复存在耗时长、修复困难和修复成本昂贵的问题，对于具体结构更是如此。此外，航空复合材料部件中有很大一部分是易损伤、易损坏的结构，而且航空复合材料组分、结构、损伤和失效模式的多样性和复杂性对修理工艺及技术也都提出了严苛的要求，给实际修复过程中的修复工艺设计、修复过程实时预测与分析和智能抢修带来突出困难。因此开发一种能够根据损伤情况实现智能抢修的方法就尤为重要。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本公开提供了一种建立航空复合材料修复数字孪生体与智能抢修方法、系统和设备，以期至少部分地解决上述技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本公开提供的技术方案如下：
[0006]作为本公开的第一个方面，提供了一种利用航空复合材料修复数字孪生体的智能抢修方法，包括：
[0007]将实时采集得到的航空复合材料修复实体的修复要素传输给航空复合材料修复数字孪生体，其中，修复要素包括损伤参数、修复工艺参数和结构参数；
[0008]通过数字孪生体根据修复实体的结构参数和损伤参数建立修复实体的初始可视化的数字模型，初始可视化的数字模型用于描述修复实体的结构参数和损失参数；
[0009]通过数字孪生体根据修复工艺参数进行设计空间搜索，预测出不同损修复工艺参数组合的关键性能，得到修复后的修复实体达到关键性能情况下所需的目标修复工艺参数；
[0010]通过数字孪生体根据修复工艺参数和初始可视化的数字模型，实时预测出修复实体关键性能的全场分布信息并实时显示与分析；和将接收到的目标修复工艺参数传输给修复工具；
[0011]通过修复工具根据接收到的目标修复工艺参数设定修复工艺过程，实施修复实体的修复。
[0012]作为本公开的第二个方面，提供了一种航空复合材料的智能抢修系统，包括：
[0013]实时数据传输模块，用于将实时采集得到的航空复合材料修复实体的修复要素传输给航空复合材料修复数字孪生体，其中，修复要素包括损伤参数、修复工艺参数和结构参数；
[0014]数字模型获取模块，用于通过数字孪生体根据修复实体的结构参数和损伤参数建立修复实体的初始可视化的数字模型，初始可视化的数字模型用于描述修复实体的结构参数和损失参数；
[0015]智能抢修设计模块，用于通过数字孪生体根据修复工艺参数进行设计空间搜索，预测出不同修复工艺参数组合的关键性能，得到修复后的修复实体在达到关键性能情况下所需的目标修复工艺参数；
[0016]数字孪生体控制模块，用于通过数字孪生体根据修复工艺参数和初始可视化的数字模型，预测出修复实体关键性能的全场分布信息并实时显示与分析；和将接收到的目标修复工艺参数传输给修复工具模块；
[0017]修复工具模块，用于根据接收到的目标修复工艺参数设定修复工艺过程，实施修复实体的修复。
[0018]作为本公开的第三个方面，提供了一种航空复合材料的智能抢修设备，包括上述的航空复合材料的智能抢修系统；
[0019]输入部分，用于获取修复实体的修复信息，修复信息包括修复工具模块信息、文字信息、图像信息和图形信息中至少一种；
[0020]存储部分，用于存储计算机程序，计算机程序包含数字孪生体；
[0021]处理器，用于执行权利上述的利用航空复合材料修复数字孪生体的智能抢修方法；
[0022]输出部分，用于输出修复实体的实时修复信息；
[0023]虚实融合接口，用于修复实体与数字孪生体的虚实交互。
[0024]根据本公开的实施例，本公开提供的数字孪生充分考虑了复合材料组分、结构、损伤和失效模式的多样性和复杂性，通过利用机器学习增强的数字孪生体、修复工艺及技术，有效解决了在实际修复过程中难以快速实现目标修复工艺设计、预测分析修复过程与智能抢修难以集成的问题。
[0025]具体地，将实时采集得到的航空复合材料的修复实体的修复要素传输给航空复合材料修复数字孪生体，通过数字孪生体利用修复要素中的结构参数和损伤参数建立修复实体的初始可视化的数字模型，即将修复实体转化为数字虚拟体。通过利用数字孪生体根据修复工艺参数进行设计空间搜索，预测出不同修复工艺参数组合的关键性能，得到修复后修复实体在达到关键性能情况下所需要的目标修复工艺参数。然后，再通过利用数字孪生体根据修复工艺参数和初始化可视化的数字模型，能够预测出修复实体关键性能的全场分布信息并实时显示与分析，和将接收到的目标修复工艺参数传输给修复工具。通过修复工具依据接收到的目标修复工艺参数设定修复工艺过程并实施修复实体的修复，从而实现利用数字孪生体对修复实体修复过程中的修复工艺参数和复合材料的关键性能进行分析，利用数字孪生体能够智能化地调节修复工具对修复实体的修复工作。
[0026]本公开的数字孪生体具备了复合材料修复实体关键性能的二维或三维的全场高保真信息模拟与预测、实时显示与分析、动态更新进化的能力，充分考虑了数字孪生体迭代
信息的多尺度联系，以使在给定复合材料损伤参数的情况下，通过数字孪生体预测出修复后的修复实体达到关键性能时所需的目标修复工艺参数后，修复工具能够按照数字孪生体设定的修复工艺过程对修复实体实施修复，实现数字孪生体与智能抢修方法的集成，有助于提高航空复合材料的修复速度和准确度。
附图说明
[0027]图1示意性示出了本公开实施例中一种航空复合材料的智能抢修方法的流程示意图；
[0028]图2示意性示出了本公开实施例中数字孪生体构建的流程示意图；
[0029]图3示意性示出了本公开实施例中一种航空复合材料的智能抢修系统的结构框图；
[0030]图4示意性示出了本公开实施例中航空复合材料的智能抢修与生命周期管理的示意图；
[0031]图5示意性示出了本公开实施例中航空复合材料的智能抢修设备的方框图。
具体实施方式
[0032]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用航空复合材料修复数字孪生体的智能抢修方法，包括：将实时采集得到的航空复合材料修复实体的修复要素传输给航空复合材料修复数字孪生体，其中，所述修复要素包括损伤参数、修复工艺参数和结构参数；通过所述数字孪生体根据所述修复实体的结构参数和损伤参数建立所述修复实体的初始可视化的数字模型，所述初始可视化的数字模型用于描述所述修复实体的结构参数和损失参数；通过所述数字孪生体根据所述修复工艺参数进行设计空间搜索，预测出不同修复工艺参数组合的关键性能，得到修复后的所述修复实体达到关键性能情况下所需的目标修复工艺参数；通过所述数字孪生体根据所述修复工艺参数和所述初始可视化的数字模型，实时预测出所述修复实体关键性能的全场分布信息并实时显示与分析；和将接收到的所述目标修复工艺参数传输给修复工具；通过所述修复工具根据接收到的所述目标修复工艺参数设定修复工艺过程，实施所述修复实体的修复。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述修复实体为：在制造和/或服役环节中遭受损伤后的实体构件；所述复合材料由至少两种组分组成，且力学性能呈各向异性。3.根据权利要求1所述的方法，其中，设计空间搜索通过如下方式得到：通过所述数字孪生体利用降阶模型在设计空间中修复工艺参数组合下，获得所述修复实体修复后的关键性能；其中，所述修复工艺参数组合包括温度、压力、尺寸、时间、固化度、工具路径中至少一种组合；所述关键性能包括固化度、变形、应变、应力、拉伸强度、冲击强度、硬度、塑性、韧性中至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述修复工艺过程调控所述修复工具对所述修复实体的修复工艺。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：利用所述数字孪生体实时监测修复后的所述修复实体在服役阶段的参数变化。6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括：利用在所述修复工艺过程中实时采集的所述修复实体的修复数据，对所述数字孪生体进行动态更新，其中，所述修复数据包括修复工艺参数和观测数据。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：根据积累的多个所述修复实体的修复数据及对应的数字孪生体建立航空复合材料修复数字孪生体数据库，实现所述数字孪生体的分析、更新和进化。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数字孪生体是以修复实体样本的修复要素建立的修复数字模型和所述修复实体样本在修复过程建立的机理模型为训练数据，利用训练数据和/或实时采集的观测数据对待训练数字孪生体进行训练得到。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述数字孪生体包括统计推断模型、多尺度交互模型和数据同化模型，所述数字孪生体是通过如下步骤训练得到：
根据所述修复实体样本建立反映所述修复实体样本修复要素的修复数字模型，根据所述修复实体样本在修复过程的内部机制建立描述修复过程的机理模型；将所述修复实体样本的修复数字模型和机理模型作为所述待训练数字孪生体的训练数据与机理约束；根据所述训练数据、实时采集得到的修复实体样本的观测数据和机理模型中的先验知识数据训练所述待训练数字孪生体中的统计推断模型，输出预测数据；在所述机理模型的约束下，根据所述预测数据和实时采集得到的所述修复实体样本的观测数据计算损失值，得到损失结果，利用所述损失结果迭代地调整所述待训练数字孪生体中的多尺度交互模型的参数，得到数字孪生体的多尺度交互模型和统计推断模型；以及将实时采集得到的修复实体样本的新观测数据，输入到所述待训练数字孪生体中的数据同化模型中进行更新，得到所述数字孪生体的数据同化模型；将所述数字孪生体中的统计推断模型、多尺度交互模型、数据同化模型进行集成，得到所述数字孪生体。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述修复实体样本在修复过程的内部机制包括以下至少之一：所述数字孪生体所需的基本定律、热力化耦合动力学方程、材料本构模型、损伤演化模型、疲劳失效模型，机理模型中参数的物理意义、复合材料修复工艺。11.一种航空复合材料的智能抢修系统，包括：实时数据传输模块，用于将实时采集得到的航空复合材料修复实体的修复要素传输给航空复合材料修复数字孪生体，其中，所述修复要素包括损伤参数、修复工艺参数和结构参数；数字模型获取模块，用于通过所述数字孪生体根据所述修复实体的结构参数和损伤参数建立所述修复实体的初始可视化的数字模型，所述初始可视化的数字模型用于描述所述修复实体的结构参数和损失参数；智能抢修设计模块，用于通过所述数字孪生体根据所述修复工艺参数进...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚学锋，徐逍遥，宣善勇，阚艳，范鑫，
申请(专利权)人：国营芜湖机械厂，
类型：发明
国别省市：