CN110084524B - 一种基于电测技术的应变场实时重构方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于电测技术的应变场实时重构方法，属于大型结构电测技术领域。首先，预先对试验件进行数值分析，获得测点位置与对应应变值间的关系以及散点数据，并基于大量有限元数值散点数据构建低保真度代理模型。其次，开始正式试验，预先记录实际应变测点分布信息，并实时提取试验过程中的对应位置的测点试验数据信息，基于少量测点试验数据信息构建高保真度代理模型，描述实际实验中试验件上某些位置的精确值。最后，基于低保真度代理模型和高保真度代理模型，构建变保真度代理模型，重构非试验测点处的应变场数据，实现应变场的重构。本发明可在保证精度的前提下，提高计算效率，实现试验过程中的实时重构，为试验提供过程监控及风险控制。

Description

一种基于电测技术的应变场实时重构方法
技术领域
本发明属于大型结构电测技术领域，涉及一种试验过程中基于电测技术的应变场实时重构方法。
背景技术
在结构试验，特别是大型结构试验中，过程监控和风险控制是整个试验安全性保证十分重要的一个方面。在目前的试验系统中，通常在试验件上布置离散的应变测点，从而保证试验的装配及加载精度。
传统的电测技术测试成本低，测量精度高，操作性高，但由于试验效率、试验场地、电测通道限制等多种因素导致结构传统电测技术无法加密至覆盖全部结构，故有限的测点力学响应信息并不能全面反映力学变形趋势、应力分布等全场特征，从试验现场监控角度来看，难以实现对试验整体安全状态的评估。
为减少误差、获得某区域应变场分布时会同时搭建光测平台，但由于光测技术在全场图像拼接、多测量数据整合、测量环境敏感性等多种限制因素，虽可依据试验件变形前后的光学信息得到应变场分布，但精度较低且无法实时进行数据处理，难以实现对试验整体安全状态的评估。
综上所述，目前有必要提出一种基于电测技术的应变场实时重构方法，从而便于工程师评估试验过程，将基于典型结构的有限实时测点信息重构为曲线、云图，对试验进行过程监控及风险控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于电测技术的应变场实时重构方法，进行试验过程控制与风险评估。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种基于电测技术的应变场实时重构方法，包括以下步骤：
S1：构建低保真度代理模型
构建有限元模型，预先对试验件采用有限元方法进行数值分析，获得实际应变测点位置处的应变值，和其他节点位置及其对应应变值数据信息；并基于数值分析获得的大量有限元数值散点数据构建低保真度代理模型，用于表示所有节点坐标与应变值的对应关系。
S2：构建高保真度代理模型
开始正式试验，预先记录实际应变测点分布信息，并实时提取试验件在试验过程中的实际应变测点位置所对应的应变值信息，将所得的试验数据应变值与步骤S1中采用有限元方法计算得到的应变值做差值；并基于其中一部分应变差值信息构建高保真度代理模型，用于表示所有坐标与应变差值的对应关系，另一部分少量应变差值信息用于检测下一步骤构建出的变保真度代理模型精度。
S3：构建变保真度代理模型
将步骤S1所得到的低保真度代理模型与步骤S2所得到的高保真度代理模型值做加权结合，构建变保真度代理模型，用于表示实际试验过程中的坐标与应变值对应关系；基于变保真度模型重构非试验测点处的应变场数据，实现应变场的实时重构。实时重构应变场可描述低梯度应变区域，描述低梯度应变区域精度应在10％以内；对于波动程度较剧烈或高梯度应变区域描述不准确。
步骤S1、步骤S2、步骤S3中所述的代理模型构建方法包括：响应面代理模型、径向基函数代理模型、Kriging代理模型等。
采用以上方案，可基于离散电测测点力学响应信息，进行应变场的实时重构，为试验提供过程监控和风险控制，具有较高的通用性和应用性。本发明的效果和益处是：可通过传统电测技术中有限测点力学响应信息实时重构出低梯度应变区域精度在10％内的应变场，全面通过曲线，云图等形式反映应变全场特征，以此进行过程监控和风险控制。
本发明的优点在于能够快速并高精度地获得大型结构试验中的全场应变分布，易于在实际工程试验中应用，对试验研究的风险控制具有重要的指导意义。
附图说明
图1为本发明操作流程示意图；
图2为本发明实施例试验工况示意图；
图3为本发明实施例中应变测点分布示意图；
图4为本发明实施例中应变重构曲线示意图；图4所示的虚线表示数值分析中等强度梁上表面中线的应变分布曲线；图4中所示的点划线表示实时测点信息与数值分析对应点的差值应变分布曲线；图4中所示的实线表示试验中实时重构的等强度梁上表面中线的应变分布曲线。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明
对于本说明中的所有图，相同或相对应的元件一般采用相同的数字标记表示。需要指出的是，说明中的所有的图只是对该发明解释说明性的表示，而非本发明不局限于这些表示。此外，图中各部分并非必然按实际比例表示。在某些条件下，那些对了解本发明没有影响或者对其它细节造成影响的细节部分可能会被忽略。
本发明以一维应变场重构为例，按图1所示流程作出具体说明：
如图2所示，本实施例工况为等强度梁在大截面端进行固支，沿小截面上端面中线竖直加载，对梁的上表面中线的应变场进行重构，具体步骤如下：
S1：预先对试验件进行数值分析，获得实际应变测点位置处的应变值，和其他有限元节模型中节点位置及对应应变值信息，并基于大量有限元数值散点数据构建RBF(径向基)低保真度代理模型，用于表示所有节点坐标与应变值的对应关系，可绘制出如图4中所示的虚线，即数值分析中等强度梁上表面中线的应变分布曲线。
S2：如图3所示，实时提取试验过程中的实际应变测点位置所对应的应变值信息，其中布置12个应变测点，3、6、9号测点随机选出用于检验应变场重构精度，剩余应变测点与S1中有限元计算出的应变值做差值，构建RBF高保真度代理模型，用于表示所有坐标与应变差值的对应关系，绘制出如图4中所示的点划线，即实时测点信息与数值分析对应点的差值应变分布曲线。也就是说步骤S2得到测点试验数据信息分别两部分，一部分应变测点用于检验应变场重构精度，另一部分应变测点用于进行应变场的重构。
S3：将低保真度代理模型(S1)和高保真度代理模型(S2)做加权结合，构建变保真度代理模型，用于表示实际试验过程中的坐标与应变值对应关系，基于变保真度模型重构非试验测点处的应变场数据，实现应变场的实时重构，可绘制出如图4中所示的实线，即试验中实时重构的等强度梁上表面中线的应变分布曲线；
本实施例中，菱形实心点表示用于实时重构应变场精度检测点，圆形实心点用于实时应变场的重构。精度校核结果如表1所示，实时重构后的应变场精度控制在10％以内，且相较于数值分析，重构后的应变场更能够合理的描述试验件的应变场分布情况，为试验提供过程监控和风险控制。
表1重构精度校核表
Figure BDA0002048179290000041

Claims (3)

1.一种基于电测技术的应变场实时重构方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：构建低保真度代理模型
构建有限元模型，预先对试验件采用有限元方法进行数值分析，获得实际应变测点位置处的应变值，和其它节点位置及其对应应变值数据信息；并基于数值分析获得的大量有限元数值散点数据构建低保真度代理模型，用于表示所有节点坐标与应变值的对应关系；
S2：构建高保真度代理模型
开始正式试验，预先记录实际应变测点分布信息，并实时提取试验件在试验过程中的实际应变测点位置所对应的应变值信息，将所得的试验数据应变值与步骤S1中采用有限元方法计算得到的应变值做差值；并基于其中一部分应变差值信息构建高保真度代理模型，用于表示所有坐标与应变差值的对应关系，另一部分应变差值信息用于检测下一步骤构建出的变保真度代理模型精度；
S3：构建的变保真度代理模型
将步骤S1所得到的低保真度代理模型与步骤S2所得到的高保真度代理模型值做加权结合，构建变保真度代理模型，用于表示实际试验过程中的坐标与应变值对应关系；基于变保真度模型重构非试验测点处的应变场数据，实现应变场的实时重构。
2.根据权利要求1所述的一种基于电测技术的应变场实时重构方法，其特征在于，步骤S1、步骤S2、步骤S3中所述的代理模型构建方法包括：响应面代理模型、径向基函数代理模型、Kriging代理模型。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于电测技术的应变场实时重构方法，其特征在于，实时重构应变场可描述低梯度应变区域，描述低梯度应变区域精度应在10％以内。
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