[發(fā)明專(zhuān)利]基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-力學(xué)模型融合的道面結(jié)構(gòu)性能分析方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110184436.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112906270B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田雨;凌建明;趙鴻鐸;項(xiàng)鵬;劉樂(lè)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F30/13;G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 武漢智盛唯佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42236
• 代理人: 胡紅林

1.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-力學(xué)模型融合的道面結(jié)構(gòu)性能分析方法，其特征在于，包括：

建立基于感知信息的機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型，以及建立全尺寸飛機(jī)虛擬樣機(jī)的模型；

采集飛機(jī)起飛和降落過(guò)程中的對(duì)道面的作用力數(shù)據(jù)，將所述作用力數(shù)據(jù)輸入所述機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型，通過(guò)所述飛機(jī)虛擬樣機(jī)模型在機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型中模擬對(duì)道面的作用，獲得模擬道面結(jié)構(gòu)的變化數(shù)據(jù)；

根據(jù)模擬道面結(jié)構(gòu)的變化數(shù)據(jù)，得到道面的空間力學(xué)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)參數(shù)，如道面的空間力學(xué)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)參數(shù)達(dá)到安全閾值，則發(fā)出警報(bào)；

在機(jī)場(chǎng)道路上取若干段采集道面，每段道面位于飛機(jī)行駛軌跡的一側(cè)設(shè)置光源，另一側(cè)設(shè)置高清相機(jī)；飛機(jī)起飛和降落過(guò)程中，光源啟動(dòng)，同時(shí)高清相機(jī)拍攝道面的圖像；

提取圖像中超出亮度設(shè)定值區(qū)域設(shè)為參考區(qū)域，計(jì)算所述參考區(qū)域的尺寸，將所述參考區(qū)域的對(duì)比度m和飽和度n作為所述圖像特征值；

根據(jù)道面結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)要求，獲取達(dá)到安全閾值時(shí)的道面結(jié)構(gòu)圖像，以該圖像為臨界圖像，并對(duì)應(yīng)地提取臨界圖像的特征值，將所述臨界圖像的特征值作為特征值閾值；

將所述圖像特征值與特征值閾值進(jìn)行比較，如達(dá)到或超出閾值，則道面的空間力學(xué)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)性能達(dá)到極限，如果此時(shí)機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型未發(fā)出警報(bào)，則發(fā)出輔助分析的警報(bào)；如果此時(shí)機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型已發(fā)出警報(bào)，則需對(duì)道面進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)是否還符合安全要求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-力學(xué)模型融合的道面結(jié)構(gòu)性能分析方法，其特征在于，所述建立基于感知信息的機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型包括：

建立黏彈性地基上足尺道面板三維有限元仿真模型，設(shè)定地基材料彈性參數(shù)、阻尼參數(shù)、接縫傳荷參數(shù)；

輸入機(jī)場(chǎng)道面和飛機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)飛機(jī)動(dòng)態(tài)荷載進(jìn)行仿真分析；將測(cè)點(diǎn)位置荷載和環(huán)境特征值作為輸入，各工況下的道面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)與結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測(cè)值建立聯(lián)系進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)反演分析，獲得高仿真數(shù)值模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-力學(xué)模型融合的道面結(jié)構(gòu)性能分析方法，其特征在于所述黏彈性地基上足尺道面板三維有限元仿真模型通過(guò)以下方法驗(yàn)證：運(yùn)用所述三維有限元仿真模型分別計(jì)算多種荷載狀態(tài)下的道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)，與現(xiàn)場(chǎng)感知信息進(jìn)行對(duì)比分析，迭代計(jì)算使理論值與實(shí)測(cè)值的偏差平方和最小，優(yōu)化模型參數(shù)、驗(yàn)證分析模型合理性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-力學(xué)模型融合的道面結(jié)構(gòu)性能分析方法，其特征在于，所述建立模擬全尺寸飛機(jī)虛擬樣機(jī)的模型包括：

利用CATIA軟件建立飛機(jī)機(jī)身、起落架和機(jī)輪的三維幾何模型，并將所述幾何模型導(dǎo)入ADAMS/Aircraft；然后在ADAMS/Aircraft中定義機(jī)身氣動(dòng)力、構(gòu)建質(zhì)量、約束質(zhì)量、約束及通信器，生成相應(yīng)的模板文件并建立機(jī)身子系統(tǒng)、前起落架子系統(tǒng)、前起落架機(jī)輪子系統(tǒng)、主起落架子系統(tǒng)和主起落架機(jī)輪子系統(tǒng)，建立各子系統(tǒng)之間及與飛機(jī)試驗(yàn)臺(tái)之間的通信器，完成虛擬樣機(jī)全機(jī)模型的裝配。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-力學(xué)模型融合的道面結(jié)構(gòu)性能分析方法，其特征在于：所述采集飛機(jī)起飛和降落過(guò)程中的對(duì)道面的作用力數(shù)據(jù)包括的力學(xué)響應(yīng)、環(huán)境特征、荷載特征，采用數(shù)據(jù)分布假設(shè)判別方法，提出異常數(shù)據(jù)；采用魯棒回歸填補(bǔ)缺失與異常數(shù)據(jù)；采用卡爾曼濾波減小數(shù)據(jù)的波動(dòng)性，提高感知數(shù)據(jù)的利用質(zhì)量。

6.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-力學(xué)模型融合的道面結(jié)構(gòu)性能分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：

機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型；

模擬全尺寸飛機(jī)虛擬樣機(jī)的模型；

數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集飛機(jī)起飛和降落過(guò)程中的作用力數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)處理模塊，用于將所述作用力數(shù)據(jù)輸入所述機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型，模擬出將飛機(jī)虛擬樣機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型中模擬道面的作用，獲得模擬道面的變化數(shù)據(jù)；根據(jù)模擬道面的變化數(shù)據(jù)，得到道面的空間力學(xué)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)參數(shù)；

報(bào)警模塊，用于在道面的空間力學(xué)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)參數(shù)達(dá)到安全閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)；

光源，設(shè)于機(jī)場(chǎng)道路上飛機(jī)行駛軌跡的一側(cè)；

高清相機(jī)，設(shè)于飛機(jī)行駛軌跡的另一側(cè)，用于飛機(jī)起飛和降落過(guò)程中，拍攝道面的圖像；

圖像處理與分析模塊，用于提取圖像的特征值，并將所述圖像的特征值與特征值閾值進(jìn)行比較，如達(dá)到或超出閾值，則道面的空間力學(xué)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)性能達(dá)到極限，如果此時(shí)機(jī)場(chǎng)剛性道面力學(xué)模型未發(fā)出警報(bào)，則發(fā)出輔助分析的警報(bào)；所述圖像的特征值通過(guò)以下方式確定：提取圖像中超出亮度設(shè)定值區(qū)域設(shè)為參考區(qū)域，計(jì)算所述參考區(qū)域的尺寸，將所述參考區(qū)域的對(duì)比度m和飽和度n作為所述圖像特征值；所述特征值閾值通過(guò)以下方式確定：根據(jù)道面結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)要求，獲取達(dá)到安全閾值時(shí)的道面結(jié)構(gòu)圖像，以該圖像為臨界圖像，并對(duì)應(yīng)的提取臨界圖像的特征值，將所述臨界圖像的特征值作為特征值閾值。