[發(fā)明專利]大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)鉸鏈連接剛度在軌辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110285404.X
• 申請(qǐng)日: 2021-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113074890B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱浩;樊偉;季袁冬;姜秀強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02;G01N3/303;G01N3/04
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚小容

1.一種大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)鉸鏈連接剛度在軌辨識(shí)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立關(guān)節(jié)鉸鏈接頭連接非線性剛度模型；

首先，建立大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)中所有類型關(guān)節(jié)鉸鏈接頭的三維幾何模型，所述關(guān)節(jié)鉸鏈接頭帶有鉸鏈間隙，然后對(duì)該三維幾何模型進(jìn)行包括網(wǎng)格離散、材料參數(shù)設(shè)置、接觸定義在內(nèi)的前處理工作，進(jìn)而建立關(guān)節(jié)鉸鏈接觸碰撞有限元模型；

然后，對(duì)關(guān)節(jié)鉸鏈的一端固定，另外一端施加沿x軸正、反方向線性增大的載荷，獲得該關(guān)節(jié)鉸鏈接頭在x軸上的非線性力—位移曲線，進(jìn)而獲得該關(guān)節(jié)鉸鏈接頭在x向的非線性剛度曲線；然后在y向和z向重復(fù)以上操作，獲得該關(guān)節(jié)鉸鏈接頭在y和z向的非線性剛度曲線，進(jìn)而建立關(guān)節(jié)鉸鏈接頭的非線性剛度模型；

步驟二：建立大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)展開(kāi)鎖緊后的有限元模型；

基于參數(shù)化建模思想，建立大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)展開(kāi)鎖緊后的有限元模型，模型中各桁架采用薄壁梁?jiǎn)卧M，拉索采用含初始張力的索單元模擬，各鉸鏈接頭連接剛度采用非線性彈簧模擬，其中非線性彈簧模擬即非線性剛度模型，并對(duì)各關(guān)節(jié)鉸鏈接頭進(jìn)行編號(hào)；

步驟三：設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)表；

結(jié)合實(shí)際情況，將用于模擬關(guān)節(jié)鉸鏈接頭連接剛度的非線性彈簧剛度大小劃分為n個(gè)水平值，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)m因素n水平的正交實(shí)驗(yàn)表，該正交實(shí)驗(yàn)表應(yīng)表征大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)的鉸鏈連接剛度組合特征，進(jìn)而反應(yīng)出大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)特性；

步驟四：基于虛擬仿真獲取機(jī)器學(xué)習(xí)樣本；

選取正交實(shí)驗(yàn)表中的某一非線性彈簧剛度組合，帶入建立的大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)展開(kāi)鎖緊后的有限元模型，同時(shí)選取大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)的某一部位作為激勵(lì)點(diǎn)，并在該桁架結(jié)構(gòu)的其它部位作為測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)瞬態(tài)仿真即在激勵(lì)點(diǎn)施加激勵(lì)，通過(guò)瞬態(tài)有限元仿真獲取各測(cè)量點(diǎn)的瞬態(tài)響應(yīng)；重復(fù)該步驟，直至正交實(shí)驗(yàn)表所有組合情形執(zhí)行完畢，即可獲得所需機(jī)器學(xué)習(xí)樣本：鉸鏈剛度—系統(tǒng)響應(yīng)譜樣本；

步驟五：通過(guò)模型訓(xùn)練與測(cè)試獲取最優(yōu)機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

將所獲得機(jī)器學(xué)習(xí)樣本中的70～80%作為訓(xùn)練樣本,剩余20～30%作為測(cè)試樣本；然后針對(duì)樣本數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇幾種適用的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并基于訓(xùn)練和測(cè)試樣本進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，將訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到最終的最優(yōu)機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

步驟六，大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)在軌瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)量；

采用步驟四中的方法，通過(guò)在和步驟四相同的激勵(lì)點(diǎn)處施加激勵(lì)，在和步驟四相同的測(cè)量點(diǎn)處安裝傳感器測(cè)量該大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)，進(jìn)而獲取該大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)在軌測(cè)試數(shù)據(jù)；

步驟七：基于在軌振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)的大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)鉸鏈連接剛度在軌辨識(shí)；

將步驟六中獲取的大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)在軌測(cè)試數(shù)據(jù)作為輸入，采用步驟五中訓(xùn)練得到的最優(yōu)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對(duì)該大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)鉸鏈連接剛度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)鉸鏈連接剛度在軌辨識(shí)方法，其特征在于：步驟六中，通過(guò)在該桁架結(jié)構(gòu)的測(cè)量點(diǎn)部位布置加速度傳感器、激光位移傳感器或雙目相機(jī)標(biāo)記點(diǎn)，獲取各測(cè)量點(diǎn)處的加速度或位移瞬態(tài)響應(yīng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)鉸鏈連接剛度在軌辨識(shí)方法，其特征在于：步驟五中，機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、極限學(xué)習(xí)機(jī)ELM、支持向量機(jī)SVM和受限玻爾茲曼機(jī)RBM。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的大型空間可展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)鉸鏈連接剛度在軌辨識(shí)方法，其特征在于：步驟五中，將所獲得機(jī)器學(xué)習(xí)樣本中的75%作為訓(xùn)練樣本,剩余25%作為測(cè)試樣本。