[發明專利]基于動態裂紋數目的粒子濾波多裂紋擴展預測方法

有效

• 申請號: 201811275644.6
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109345032B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 袁慎芳;陳健;邱雷;王卉;金鑫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

1.一種基于動態裂紋數目的粒子濾波多裂紋擴展預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)離線狀態下，基于實驗數據建立結構多裂紋擴展狀態和結構損傷程度指數之間的映射關系；從反映結構損傷程度變化的導波信號中提取多種損傷因子，組成多維導波損傷因子向量；建立損傷因子向量和結構損傷程度指數的多維非線性映射關系；

(2)在結構服役的初始時刻k＝0，對算法進行初始化；設定初始裂紋的個數n＝1；根據結構的幾何形式和服役條件確定結構中單個裂紋的裂紋擴展狀態方程；在結構上布置壓電傳感網絡，通過導波結構健康監測方法在線監測結構疲勞裂紋的萌生和擴展；

(3)在結構服役過程中的當前時刻k，計算每個粒子中各個裂紋分量的形狀修正系數；結合定義的多裂紋狀態方程，從重要性密度函數中采樣得到新的粒子集；

(4)通過壓電傳感器網絡激勵和采集導波信號，判斷監測區域是否萌生新的裂紋；如果沒有監測到裂紋萌生，則直接進行步驟(5)；如果監測到新的裂紋萌生，則動態更新多裂紋擴展狀態方程中的裂紋分量數，以及裂紋擴展方程數目；并同時更新粒子集，新增裂紋長度分量，其裂紋長度初始化為當前導波結構健康監測方法的裂紋監測閾值；更新裂紋總的裂紋數目n＝n+1，然后進行步驟(5)；

(5)對于每個粒子，計算其對應的結構損傷程度指數；從導波結構健康監測方法得到的導波信號中提取損傷因子向量，計算結構損傷程度指數的觀測似然概率密度函數；通過該觀測似然概率密度函數給每個粒子加權，并對所有粒子的權值進行歸一化；

(6)通過粒子集和相應的權值近似各個裂紋分量的裂紋長度，以及裂紋擴展模型參數的后驗概率密度函數；通過裂紋擴展模型參數的后驗估計更新裂紋擴展模型；

(7)以各個裂紋的裂紋長度的后驗估計作為起點，采用參數更新后的裂紋擴展模型對多個裂紋在未來時刻的裂紋擴展進行預測；

(8)根據每個粒子的歸一化權值，使用系統重采樣算法進行重采樣，并對粒子進行正則化處理；

(9)進行到下一時刻k＝k+1，并重復步驟(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)。

2.根據權利要求1所述的基于動態裂紋數目的粒子濾波多裂紋擴展預測方法，其特征在于：步驟(1)中所述結構損傷程度指數定義為標量D，其為結構所有裂紋長度a＝[a₁,a₂,...,a_z]的函數，如下所示：

D＝ζ(a)

其中：a₁為第1個裂紋的長度，a₂為第2個裂紋的長度，a_z為第z個裂紋的長度，z取結構中最多存在的裂紋數目；ζ(·)為通過試驗數據得到的映射函數，對于共線裂紋，取ζ(·)為所有裂紋的長度的線性求和；對于非共線裂紋，ζ(·)為通過試驗數據訓練得到的非線性映射模型；

同時在試驗中獲取特定損傷程度對應的導波結構健康監測數據，從導波信號中提取多種損傷因子，組成導波損傷因子向量y，建立導波向量和結構損傷程度之間的多維非線性映射關系如下式所示：

y＝g(D)+ν

其中：y為導波損傷因子向量，ν為觀測噪聲，g(·)為多維非線性映射。