一种CFRP复合材料位移场的预测方法及装置

本发明实施例涉及复合材料结构健康监测，特别涉及一种cfrp复合材料位移场的预测方法及装置。背景技术：1、碳纤维增强树脂基复合材料(cfrp)因其优异的力学性能与可设计性而被广泛运用于航天航空等领域。然而，复合材料的设计与各相材料的差异导致复合材料的损伤呈现出多样性与复杂性。尤其是材料内部不可目视的损伤，例如分层、开裂、疲劳、老化等，这些极有可能导致结构在服役过程中发生灾难性的失效与破坏。正因如此，在实际工程中，对于结构的关键部位需要定期进行的检查与维护；这一方面带来了高昂的经济成本与时间成本，另一方面，地面的检修环境与实际服役环境往往存在一定差异，这会导致对结构真实状态的感知存在偏差与滞后。因此，在线的结构健康监测技术已经被越来越广泛地运用以提高结构服役的安全性与可重复使用性。2、相关技术中，大多采用应变测量技术对复合材料结构的服役性进行监测，主要采用的应变测量仪器包括应变片、光纤传感与非接触式的dic。然而，应变片与光纤传感只能提供结构测点局部的离散应变数据，而无法获取应变场，缺乏对场的监测会导致在结构服役过程中对潜在的危险区域感知不足。非接触式的dic通过观测散斑可以获取实时的结构应变场与位移场，然而，dic对散斑质量、结构几何形貌与测试环境要求较高，它很难适应结构的在线监测需求。3、因此，基于有限离散应变重构关键区域的结构响应对于结构健康监测是必要且关键的。技术实现思路1、为了解决如何基于有限应变监测数据重构cfrp复合材料位移场响应的问题，本发明实施例提供了一种cfrp复合材料位移场的预测方法及装置。2、第一方面，本发明实施例提供了一种cfrp复合材料位移场的预测方法，方法包括：3、确定cfrp复合材料的待预测区域和待监测区域；其中，所述cfrp复合材料的待监测区域上布置有若干个应变传感器，所述应变传感器用于监测所述待监测区域中离散点的应变；4、基于所述待监测区域上若干个应变传感器的布置位置与所述应变传感器的监测应变数据，构建待测离散应变矩阵；5、将所述待测离散应变矩阵输入训练好的位移场预测模型中，得到所述cfrp复合材料待预测区域的位移场矩阵；其中，所述位移场预测模型是利用模拟离散应变矩阵和模拟位移场矩阵分别作为输入样本集和输出样本集进行训练得到的，所述模拟离散应变矩阵和所述模拟位移场矩阵是通过所述cfrp复合材料的有限元分析模型中提取得到的。6、第二方面，本发明实施例还提供了一种cfrp复合材料位移场的预测装置，装置包括：7、获取单元，用于确定cfrp复合材料的待预测区域和待监测区域；其中，所述cfrp复合材料的待监测区域上布置有若干个应变传感器，所述应变传感器用于监测所述待监测区域中离散点的应变；8、构建单元，用于基于所述待监测区域上若干个应变传感器的布置位置与所述应变传感器的监测应变数据，构待测离散应变矩阵；9、预测单元，用于将所待测离散应变矩阵输入训练好的位移场预测模型中，得到所述cfrp复合材料待预测区域的位移场矩阵；其中，所述位移场预测模型是利用模拟离散应变矩阵和模拟位移场矩阵分别作为输入样本集和输出样本集进行训练得到的，所述模拟离散应变矩阵和所述模拟位移场矩阵是通过所述cfrp复合材料的有限元分析模型中提取得到的。10、第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。11、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。12、本发明实施例提供了一种cfrp复合材料位移场的预测方法及装置，首先根据实际的cfrp复合材料的服役情况构建cfrp复合材料的有限元仿真模型，之后根据该仿真模型与实际cfrp复合材料的等比映射关系构建待测离散应变矩阵，并将基于该仿真模型确定的模拟离散应变矩阵与基于该仿真模型提取的模拟位移场矩阵作为训练样本集进行训练从而能够得到反映监测应变数据与结构位移响应之间关系的位移场预测模型，如此，利用训练后的位移场预测模型即可基于有限的离散应变监测数据实现位移场响应的精准预测。技术特征：1.一种cfrp复合材料位移场的预测方法，其特征在于，包括：2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟离散应变矩阵是通过如下方式得到的：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于每个映射应变测点坐标以及与每个映射应变测点坐标相对应的仿真应变数据，构建所述模拟离散应变矩阵，包括：4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述待监测区域上若干个应变传感器的布置位置与所述应变传感器的监测应变数据，构建待测离散应变矩阵，包括：5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位移场预测模型包括依次连接的编码部分、注意力部分和解码部分；其中，所述编码部分用于对输入的待测离散应变矩阵进行特征编码并将其向高维空间进行映射；所述注意力部分用于对所述编码部分输出的编码特征矩阵的关键特征进行聚焦；所述解码部分用于对由所述注意力部分输出的聚合编码特征矩阵进行解码以得到位移场矩阵。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述编码部分包括至少一个残差模块和至少一个下采样模块，所述残差模块与所述下采样模块依次连接，所述残差模块用于防止网络层数加深后出现网络退化，所述下采样模块采用核尺寸为2×2、步长2的卷积操以对特征矩阵缩小尺寸并提取特征矩阵的特征信息；7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述位移场预测模型是通过如下步骤训练得到的：8.一种cfrp复合材料位移场的预测装置，其特征在于，包括：9.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。技术总结本发明提供了一种CFRP复合材料位移场的预测方法及装置。方法包括：确定CFRP复合材料的待预测区域和待监测区域；基于所述待监测区域上若干个应变传感器的布置位置与所述应变传感器的监测应变数据，构建待测离散应变矩阵；将所述待测离散应变矩阵输入训练好的位移场预测模型中，得到所述CFRP复合材料待预测区域的位移场矩阵；其中，所述位移场预测模型是利用模拟离散应变矩阵和模拟位移场矩阵分别作为输入样本集和输出样本集进行训练得到的，所述模拟离散应变矩阵和所述模拟位移场矩阵是通过所述CFRP复合材料的有限元分析模型计算提取得到的。本方案，利用训练得到的位移场预测模型即可基于有限的离散应变监测数据实现位移场响应的精准预测。技术研发人员：解维华,颜淮,高博,王博艺,孟松鹤受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16