[發明專利]一種FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法

有效

• 申請號: 201910192124.7
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109871651B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 李慶偉;姜鵬;李輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京邦創至誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11717
• 代理人: 吳強

1.一種FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

1)建立FAST主動反射面整體有限元模型，模型包括圈梁、圈梁支撐格構柱、面索以及下拉索；

2)定期將FAST主動反射面變位到基本球面狀態，并測量/采集如下數據：促動器伸長量，故障促動器、構件溫度、圈梁耳板銷孔坐標、下拉索錨固點坐標以及主索節點坐標；

3)根據測量圈梁耳板銷孔中心坐標、有過變化的下拉索錨固點坐標，修改FAST主動反射面整體有限元模型的幾何模型；

4)對修改了幾何模型的FAST主動反射面整體有限元模型進行有限元分析，并根據計算結果，將計算主索節點位置與實測主索節點位置的偏差分為徑向偏差和切向偏差；

5)根據徑向偏差計算下拉索彈性模量的修正量，并修正有限元模型中相應下拉索單元的彈性模量；

6)根據切向偏差計算主索初應變修正量，并修正有限元模型中相應主索的初應變；

7)對修正參數后的有限元模型再次進行有限元分析，仍根據計算結果，將計算主索節點位置與實測主索節點位置的偏差分為徑向偏差和切向偏差；

8)重復步驟6)和步驟7)，直到主索節點計算位置與實測位置的徑向誤差≤1mm為止；

9)輸出數字雙胞胎，并定時重復步驟1)～步驟8)，根據最新的測量數據更新數字雙胞胎模型，進而構建出可自動更新的、實時與現場結構保持一致的FAST主動反射面數字雙胞胎。

2.根據權利要求1所述的FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，其特征在于，步驟1)中所述FAST主動反射面整體有限元模型采用ANSYS有限元軟件建立，所述圈梁、圈梁支撐格構柱采用BEAM44單元模擬，所述面索及下拉索采用LINK10單元模擬。

3.根據權利要求1所述的FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，其特征在于，步驟2)中所述定期將FAST主動反射面變位到基本球面狀態是指每3個月將反射面變位到基本球面，并測量/采集一次相關數據。

4.根據權利要求1所述的FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，其特征在于，步驟2)中所述促動器伸長量采用測量精度可達到10微米的磁致伸縮傳感器采集；圈梁耳板銷孔坐標、下拉索錨固點坐標以及主索節點坐標采用測量精度高達2mm的激光全站儀進行測量。

5.根據權利要求1所述的FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，其特征在于，步驟2)中所述構件溫度采用主動反射面上500余個分布相對均勻的溫度測量點的數據，線性插值獲得。

6.根據權利要求1所述的FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，其特征在于，步驟5)中所述的下拉索彈性模量的修正量，采用公式(1)計算得到：

ΔE_i＝(F_i×L_i)÷(ΔL_i×A_i) (1)

公式(1)中，ΔE_i表示第i根下拉索彈性模量的修正量；F_i表示第i根下拉索的計算索力；L_i表示第i根下拉索的長度；ΔL_i表示第i根下拉索處，主索節點位置與實測主索節點位置的徑向偏差；A_i表示第i根下拉索的截面積。

7.根據權利要求1所述的FAST主動反射面的數字雙胞胎構建方法，其特征在于，步驟6)中所述的主索初應變修正量，采用公式(2)計算得到。

Δε_i＝(L_i1-L_i2)÷L_i2 (2)

公式(2)中，Δε_i表示第i根主索初應變的修正量；L_i1表示第i根主索按實測坐標獲得的索長；L_i2表示第i根主索按計算坐標獲得的索長。