[發(fā)明專(zhuān)利]機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110099042.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112765748A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張澤宇;惠記莊;耿麒;張雅倩;張浩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)安大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06F30/27;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 西安睿通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，基于旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的物理實(shí)體，建立旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的幾何模型，根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的實(shí)際服役行為，構(gòu)造適宜裂紋奇異性建模與求解的小波有限元模型，并據(jù)此建立旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的損傷耦合機(jī)理下的動(dòng)力學(xué)白箱模型；

步驟2，物理空間實(shí)時(shí)采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)在不同服役時(shí)間與剩余壽命、典型損傷下的多源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，提取多源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的特征數(shù)據(jù)；考慮關(guān)聯(lián)性將物理空間采集的離散數(shù)據(jù)投影到歷史演化時(shí)間維度，建立基于大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的黑箱模型；

步驟3，采用高維正交法將白箱模型和黑箱模型進(jìn)行異構(gòu)融合，得到機(jī)理與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)合異構(gòu)混合模型，建立從物理空間到信息空間的關(guān)聯(lián)映射特征，形成完備的數(shù)字孿生灰箱模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)為液力變矩器、齒輪箱或軸承。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，所述建立旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的幾何模型，具體為：利用光電非接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x與硅橡膠法采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的表面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過(guò)逆向特征求解并擬合空間曲面，建立與旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的物理實(shí)體具有鏡像關(guān)系的數(shù)字化逆向幾何模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，所述建立旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的損傷耦合機(jī)理與動(dòng)力學(xué)白箱模型，具體步驟為：

(1.1)根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的工況特性，選取對(duì)應(yīng)的流-固-熱耦合理論，再基于流場(chǎng)、結(jié)構(gòu)場(chǎng)與溫度場(chǎng)的三維模型，構(gòu)建流-固-熱耦合動(dòng)力學(xué)模型；

(1.2)采用多點(diǎn)激勵(lì)法在LMS Test.Lab Desktop中對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的零件拆解結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)研究，根據(jù)每個(gè)旋轉(zhuǎn)件的各階固有頻率與典型振型，建立振動(dòng)-耦合動(dòng)力學(xué)模型；

(1.3)根據(jù)不同的工況環(huán)境，建立對(duì)應(yīng)工況下旋轉(zhuǎn)件的工作性能；

其中，不同工況的變量因素為溫度、轉(zhuǎn)速和載荷；所述工作性能為旋轉(zhuǎn)件的損傷變形和壓力差；

(1.4)考慮旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)服役過(guò)程中宏觀(guān)行為的微演變和性能惡化的非線(xiàn)性因素，在ANSYS軟件中構(gòu)造適宜裂紋奇異性建模與求解的小波有限元模型；將含損傷的剛度性能表征延伸至旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)件曲面結(jié)構(gòu)，模擬在不同損傷條件下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，描述旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)多種工況和典型損傷下的耦合機(jī)理與作業(yè)機(jī)制，構(gòu)建結(jié)構(gòu)參數(shù)與服役壽命之間的多維數(shù)字孿生理論白箱模型；

其中，所述動(dòng)態(tài)響應(yīng)包含系統(tǒng)輸出的固有頻率、振動(dòng)模態(tài)、典型振型、靜載荷、動(dòng)載荷、振動(dòng)和噪聲；所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包含旋轉(zhuǎn)件的角度、數(shù)量、厚度，循環(huán)圓、轉(zhuǎn)速、扭矩和溫度。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)為液力變矩器時(shí)，其動(dòng)力學(xué)模型是輸入軸與輸出軸上的動(dòng)力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，所述動(dòng)力學(xué)參數(shù)為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)速比。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，所述多源動(dòng)態(tài)信號(hào)為壓力信號(hào)、流量信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)、溫度信號(hào)、扭矩信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，所述提取多源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的特征數(shù)據(jù)，具體為：對(duì)所述多源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采用優(yōu)化最小算法對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏降噪濾波，得到旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的振動(dòng)特征數(shù)據(jù)；

其中，所述預(yù)處理為對(duì)采集的多源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行規(guī)范化、剝離趨勢(shì)項(xiàng)、插補(bǔ)缺失值處理。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理-數(shù)據(jù)異構(gòu)信息融合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)字孿生建模方法，其特征在于，所述異構(gòu)融合采用高斯混合模型對(duì)白箱模型與黑箱模型進(jìn)行異構(gòu)融合。