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全铝客车结构动应力检测及其数字孪生技术研究
| 论文题名： | 全铝客车结构动应力检测及其数字孪生技术研究 |
| 关键词： | 全铝客车结构;动应力检测;结构可靠度;寿命预测;数字孪生 |
| 摘要： | 本文的研究对象为一种全铝合金客车，其车身结构基于全新的“榫卯腔梁”轻量化结构原理。虽然该新结构客车通过了理论计算校核、实验室测试及强化路面测试，但是还需要对它进行大量的、全生命周期的应用监测，以确保车辆结构的安全性。数字孪生技术的出现为实时监控全铝客车的结构安全性提供了一种思路。通过采集全铝客车在运行中的全寿命周期的真实数据，在计算机端建立全铝客车的数字孪生体，能够对全铝客车的结构安全性进行实时监控，并对全铝客车的结构可靠度及寿命等进行预测。 全铝客车结构动应力的变化，是影响全铝客车车身强度、耐久性及安全性的重要因素。通过对结构动应力的实时监控，能够实时掌握全铝客车车身的结构健康状态，并根据结构动应力的变化趋势，能够对全铝客车车身结构的未来变化做出预测，进而发出预警。本文主要的工作包括： 设计了车身结构数字孪生系统的总体框架，并提出了面向结构数字孪生的植入式结构动应力测试系统的要求。根据全铝客车的结构特点分析、有限元分析结果及结构动应力的影响因素，确定了传感器的种类及布置方案；最后设计了该车载应力测试系统的通信方案。 开发了车载植入式测试系统的硬件方案，包括：传感器的优化选择、采集电路、电源电路等硬件系统的开发，同时基于Keil软件，完成了信号采集硬件微控制器的处理程序，以及基于QT软件完成了上位机的解析程序、采集程序和保存程序。该车载植入式测试系统具有硬件体积小、布置灵活、线束少、成本低等特点。 针对采集的应变数据、加速度数据及温度数据，以应变数据为例进行了处理分析，获得了真实的动应力数据；并设计实验进行验证，结果较准确；最后根据初始的静应力值及采集处理的应力值，建立了全铝客车结构动应力数字孪生体。 基于阈值法，根据全铝客车各个关键位置的应力理论值、许用应力及极限应力等信息，建立了结构动应力的实时监控模型。基于贝叶斯理论，根据威布尔分布及正态分布，建立了结构动应力基于时间序列的预测模型。并根据实际数据对两种分布进行了对比，选择正态分布作为总体分布，经计算后，验证了该方法的可行性，实现了对全铝客车结构动应力的短期预测。 |
| 作者： | 王飞 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 宗志坚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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