【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及简支梁的数字孪生，尤其涉及一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法。
技术介绍
1、桥梁结构作为交通关键节点，一旦发生结构安全事故往往会造成严重的经济损失和社会不良影响。在桥梁的实际运营中，长期的环境腐蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳与突变效应等不利因素的耦合作用将不可避免地导致结构的损伤累积和抗力衰减，从而使其抵抗自然灾害、甚至正常荷载的能力下降，极端情况下引发灾难性的突发事件。对在役桥梁结构健康状况进行快速评估检测，可以有效预防突发性灾难、及时控制缺陷的发展、减少损失、避免人员伤亡，确保结构与使用者的安全。其中常用的整体评估技术依据激励源(输入信号)的选择，可以分为基于环境随机激励和基于移动车辆激励。近年来基于可控移动车辆荷载(车桥耦合系统振动)的桥梁快速损伤诊断方法逐渐成为研究热点，通过记录分析移动车辆荷载下桥梁结构或移动车辆的动态响应数据对在役桥梁结构健康状况进行快速评估。
2、然而，移动质量或载荷引起桥梁共振响应的影响因素诸多，如桥梁跨度和移动质量行驶速度等。然而，当移动质量以共振速度通过简支梁后，引起的桥梁振动响应并非最大值。例如当移动质量以不同的速度通过简支梁桥后，桥梁自由振动的振动响应将会发生改变，并出现一系列的极值点，且这一系列极值点对应的速度都不是共振速度；因此，当移动质量以共振速度通过简支梁后，引起的桥梁振动响应并不能达到最大响应，不能精准获取桥梁动态响应数据。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法，具体包括以下步骤：
4、s1：定义已有车桥耦合系统模型的演化时间为慢时间ts；
5、将所述慢时间引入移动质量作用下简支梁的标称模型，以构建移动质量作用下简支梁桥的双时间尺度数字孪生模型；
6、s2：定义随慢时间ts变化的弹性模量函数与移动质量函数；
7、并基于所述双时间尺度数字孪生模型，根据所述随慢时间ts变化的弹性模量函数与移动质量函数获取数字孪生子模型；
8、所述数字孪生子模型包括简支梁随质量演化数字孪生子模型、简支梁随刚度演化数字孪生子模型以及简支梁随刚度/质量共同演化的数字孪生子模型；
9、s3：对所述简支梁随质量演化数字孪生子模型进行响应求解，获取移动质量与第一慢时间ts的变化量；
10、对所述简支梁随刚度演化数字孪生子模型进行响应求解，获取弹性模量与第二慢时间ts的变化量；
11、对简支梁随刚度/质量共同演化的数字孪生子模型进行响应求解，获取移动质量与第三慢时间ts的变化量、弹性模量与第三慢时间ts的变化量；
12、s4：根据各所述数字孪生子模型的响应解，获取对应响应解的简支梁跨中最大位移响应。
13、进一步的，所述s1具体包括以下步骤：
14、s11：根据简支梁的振动方程，构建移动质量作用下简支梁的振动方程；所述简支梁的振动方程的表达式为
15、
16、式中：m表示梁单位长度的质量；m表示简支梁上的移动质量；ei表示简支梁的抗弯刚度；s＝υ0t表示移动质量在简支梁上移动的路程；υ0表示移动质量在简支梁上移动的速度；u＝u(x,t)表示简支梁上x处在响应时间t时刻的瞬时挠度；g表示重力加速度；δ(x-s)表示狄拉克函数；c表示简支梁的阻尼系数；与分别表示瞬时挠度对t的一阶导数与二阶导数；u″″表示瞬时挠度对x的导数；
17、所述移动质量作用下简支梁的标称模型为
18、
19、式中：m0与e0i表示标称模型的移动质量与抗弯刚度；
20、s12：定义已有车桥耦合系统模型的演化时间为慢时间ts，将所述慢时间引入移动质量作用下简支梁的标称模型，获取移动质量作用下简支梁桥的双时间尺度数字孪生模型；
21、所述双时间尺度数字孪生模型表达式为
22、
23、式中：e(ts)表示弹性模量随慢时间ts的变化函数；c(ts)表示阻尼随慢时间ts的变化函数；m(ts)表示梁单位长度的质量随慢时间ts的变化函数；m(ts)表示移动质量随慢时间ts的变化函数；u(x,t,ts)表示在预设简支梁坐标下x的点考虑慢时间ts与响应时间t的变量函数；
24、进一步的，所述s2具体包括以下步骤：
25、s21：定义随慢时间ts变化的弹性模量函数与移动质量函数；
26、所述随慢时间ts变化的弹性模量函数e(ts)的表达式为
27、e(ts)＝e0[1+δε(ts)] (4)
28、式中：e0表示标称模型的弹性模量；δe(ts)表示弹性模量与慢时间ts的变化量；
29、所述随慢时间ts变化的移动质量函数m(ts)的表达式为
30、m(ts)＝m0[1+δm(ts)] (5)
31、式中：m0表示标称模型的移动质量；δm(ts)表示移动质量与慢时间ts的变化量；
32、s22：基于所述双时间尺度数字孪生模型，根据所述随慢时间ts变化的弹性模量函数与移动质量函数获取数字孪生子模型。
33、进一步的，所述s3具体包括以下步骤：
34、s31：考虑简支梁随刚度的演化，将公式(3)改写为公式(6)获取简支梁随刚度演化数字孪生子模型；
35、所述简支梁随刚度演化数字孪生子模型的表达式为
36、
37、式中：c0表示标称模型的阻尼；m0表示标称模型的简支梁单位长度的质量；e0表示标称模型的弹性模量；
38、s32：对所述简支梁随刚度演化数字孪生子模型进行响应求解，获取移动质量与第一慢时间ts的变化量；
39、将公式(6)的等式两边除以m0并进行特征求解获取特征根，所述特征根的表达式为
40、
41、式中：表示无阻尼固有频率；ζ0表示阻尼比；i表示复数单位；以及分别表示简支梁随刚度演化数字孪生子模型的阻尼因子、固有频率以及阻尼固有频率；
42、定义两个范数a与b，则所述范数a与b之间的距离测度d(a,b)为
43、
44、式中：(·)h表示埃尔米特转置；
45、根据公式(8)计算获取标称模型与简支梁随刚度演化数字孪生子模型的阻尼固有频率的距离度量d1(ts)，根据所述距离度量d1(ts)获取无阻尼固有频率归一化的距离测量值；
46、所述距离度量d1(ts)的表达式为
47、
48、式中：表示标称模型的阻尼固有频率，且为阻尼系数；表示简支梁随刚度演化数字孪生子模型阻尼固有频率；
49、所述获取无阻尼固有频率归一化的距离测量值的表达式为
50、
51、根据所述距离测量值求解获得弹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法，其特征在于，所述S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法，其特征在于，所述S3具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种移动质量作用下简支梁的数字孪生构建方法，其特征在于，所述s1具体包括以下步骤：
3.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张田，李俊杰，赵浩然，于俊晖，刘元柱，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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