详情

原文传递基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法

专利名称：	基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法
摘要：	本发明公开了一种基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法，提出了一种指数增量裂纹扩展系数用于表征单个结构中各个裂纹分量的扩展状态；该裂纹扩展系数为属于[0,1]区间的标量，将其与每个裂纹的裂纹扩展速率相乘，从而对裂纹扩展速率加权。对于初始未萌生的裂纹，该裂纹扩展系数初始值为0。随着结构疲劳损伤累积，该裂纹扩展系数以服从指数概率分布的增量进行转移，直至最大值1。在结构服役过程中，通过主动导波结构健康监测‑粒子滤波方法对各个裂纹的裂纹扩展系数进行实时在线估计，获得各个裂纹的扩展状态，进而实现结构多裂纹扩展预测。本发明可以有效地实现结构中裂纹扩展状态表征，在结构多裂纹扩展预测方面具有重要的应用前景。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	袁慎芳;陈健;邱雷;王卉;金鑫
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910422689.X
公开号：	CN110261539A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	贺翔
分类号：	G01N33/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法，其特征在于，包括步骤如下： (1)在结构初始状态下，根据结构力学分析目标结构中可能存在的裂纹总数n；并定义n个裂纹长度分量，记为a1,a2,...,an，其中aj表示第j个裂纹的长度，j＝1,2,...,n； (2)通过指数增量裂纹扩展系数表征上述各个裂纹的扩展状态； (3)设置时刻k为初始时刻k＝0；依次令j＝1,2,…,n，判断第j个裂纹的初始状态，并初始化各个裂纹对应的裂纹扩展系数；结合指数概率分布定义未萌生裂纹的扩展系数的指数增量转移方程，并建立多裂纹扩展状态方程和观测方程； (4)对主动导波结构健康监测-粒子滤波方法进行初始化； (5)在k>0时刻，结构处于使用过程中，采用主动导波结构健康监测-粒子滤波方法对结构中各个裂纹扩展系数进行实时在线估计；根据裂纹扩展系数的后验概率估计结果判断裂纹的扩展情况； (6)在后验概率估计结果的基础上，预测各个裂纹在未来时刻的扩展情况。 2.根据权利要求1所述的基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过指数增量裂纹扩展系数表征各个裂纹的扩展状态的方式如下： aj,k＝aj,k-1+ηj,k-1(daj/dN)\|k-1exp(ωj,k-1)ΔN 其中：k为离散的时刻；aj,k表示结构中第j个裂纹在k时刻的裂纹长度，aj,k-1为第j个裂纹在k-1时刻的长度；ωj,k-1为表征裂纹扩展不确定性的裂纹扩展状态噪声，其服从高斯分布N为疲劳载荷循环数；ΔN为裂纹扩展循环载荷数步长；(daj/dN)\|k-1为第j个裂纹的裂纹扩展速率，其通过基于断裂力学的裂纹扩展模型计算得到；ηj,k-1为第j个裂纹的指数增量裂纹扩展系数。 3.根据权利要求1所述的基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法，其特征在于，所述指数增量裂纹扩展系数ηj,k-1是属于[0,1]区间的标量；该裂纹扩展系数与每个裂纹的裂纹扩展速率相乘，从而对裂纹扩展速率加权；对于初始时刻未萌生的裂纹，其初始值为0，表征该裂纹的裂纹扩展速率为0；当ηj,k-1＞0时，表征第j个裂纹以ηj,k-1加权的裂纹扩展速率ηj,k-1(daj/dN)\|k-1进行扩展。 4.根据权利要求1所述的基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法，其特征在于，所述步骤(3)中具体包括：对于未萌生裂纹，其裂纹扩展系数的指数增量转移方程定义如下： ηj,k＝ηj,k-1+τj,k 其中：ηj,k-1为第j个裂纹在k-1时刻的裂纹扩展系数，ηj,k为第j个裂纹在k时刻的裂纹扩展系数；τj,k为服从指数概率分布Exp(μinc,k)的随机变量，其中μinc,k为指数概率分布的均值。 5.根据权利要求1所述的基于指数增量裂纹扩展系数的多裂纹扩展预测方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用均匀概率分布对指数概率分布的均值μinc,k进行初始化。
所属类别：	发明专利