CN108693064A - 一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置，能够实现结构与材料的跨尺度关联决策。所述方法包括：根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。本发明适用于确定服役结构的损伤。

Description

一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置
技术领域
本发明涉及信息分析与辅助决策领域，特别是指一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置。
背景技术
在对不可维修长期服役结构进行寿命研究时，这类结构具有设计寿命长、失效数据少、材料分散性、单体无法进行独立试验等特点。典型的不可维修长期服役结构如高铁齿轮箱箱体、核电站压力容器、石油长输管线等，都是以机械结构为主、缺少电气功能的结构件，尚没有这类不可维修长期服役结构的全生命周期的服役真实数据，对结构尺度的寿命分析研究是以仿真分析为主的。在实验室加速试验中，可以进行不可维修长期服役结构的成分材料的加速损伤试验，但是对不可维修长期服役结构本身尚不具备全尺寸或大尺寸的加速试验条件。因此考虑对这类典型结构开展有限元仿真分析，但由于仿真分析结果只是一定条件下的期望输出，因此需要依据样本个体特点，对仿真结果进行修正。
结构是由材料组成的，虽然材料不能等同于结构，但材料的性能对结构的性能也有巨大的影响作用，因此，可以利用基础材料的服役信息来修正结构仿真分析结果。
对于机械零部件，材料与结构本身是影响零部件服役性能的两大要素，材料对于结构服役性能的影响占主要因素。
跨尺度是指研究对象的不同方向的线度差别有着数量级上的不同。在材料科学领域，跨尺度关联是探索材料与结构的本质联系的一种途径，整合与沟通宏观、介观和微观3个尺度的理论，是材料设计研究的新思路。
目前，跨尺度关联研究多集中在材料失效中的塑性形变及断裂损伤，这主要是考虑到，在一定应力条件下，或是杂质元素引入的状态下，微观尺度域中的材料化学键将发生变化，如晶面解理、位错形核、位错运动和塞积、微裂纹扩展、晶界迁移、位错攀移等，进而宏观尺度域的形变及断裂将最终发生。可以认为结构材料从材料的微观尺度损伤直至表现出宏观变形或断裂失效，属于跨尺度分析研究的典型应用。通常采用连续介质力学和有限元分析方法，研究并建立材料变形与断裂的跨尺度模型，同时将这些方法进行融合，也已经逐步成为跨尺度关联研究的新方向。
因此，如何利用结构的基础材料的服役信息来修正结构仿真分析结果，实现结构与材料的跨尺度关联决策，成为不可维修长期服役结构寿命研究的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法及装置，以利用结构的基础材料的服役信息来修正结构仿真分析结果，从而实现结构与材料的跨尺度关联决策。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，包括：
根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；
获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；
对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。
进一步地，所述根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果包括：
确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；
确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：其中，σa表示交变载荷幅值，表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；
将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。
进一步地，所述对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤包括：
确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；
确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；
确定模糊集F和G之间的汉明距离；
根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；
判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值；
若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果；
否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。
进一步地，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：
其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。
进一步地，确定的模糊集F和G之间的匹配度为：
π(F,G)＝1-d(F,G)
其中，π(F,G)表示模糊集F和G之间的匹配度。
本发明实施例还提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，包括：
关联模块，用于根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；
获取模块，用于获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；
决策模块，用于对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。
进一步地，所述关联模块包括：
第一确定单元，用于确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；
第二确定单元，用于确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：其中，σa表示交变载荷幅值，表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；
第三确定单元，用于将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。
进一步地，所述决策模块包括：
第四确定单元，用于确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；
第五确定单元，用于确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；
第六确定单元，用于确定模糊集F和G之间的汉明距离；
第七确定单元，用于根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；
判断单元，用于判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值，若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果，否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。
进一步地，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：
其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。
进一步地，确定的模糊集F和G之间的匹配度为：
π(F,G)＝1-d(F,G)
其中，π(F,G)表示模糊集F和G之间的匹配度。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤，从而实现结构与材料的跨尺度关联决策。
附图说明
图1为本发明实施例提供的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的跨尺度层级间损伤信息传递示意图；
图3为本发明实施例提供的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法的详细流程示意图；
图4为本发明实施例提供的利用模糊决策进行结构与材料的损伤信息跨尺度决策示意图；
图5为本发明实施例提供的高速列车齿轮箱箱体结构材料S-N曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的高速列车齿轮箱箱体的7个关键结构位置示意图；
图7为本发明实施例提供的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例提供的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，包括：
S101，根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；
S102，获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；
S103，对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。
本发明实施例所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤，从而实现结构与材料的跨尺度关联决策。
本实施例中，以不可维修长期服役结构，根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；在此之前，如图3所示，需对该不可维修长期服役结构进行各种性能分析，例如：有限元仿真静强度分析、模态分析和疲劳强度分析，从而选出寿命最短的关键结构的位置。
在前述不可维修长期服役结构损伤信息确定方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果包括：
获取预先确定的用于疲劳损伤分析的服役结构的关键结构位置，每一个关键结构位置为一个有限单元；
确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；
确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：其中，σa表示交变载荷幅值，表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；
将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。
本实施例中，将服役结构划分成m个有限单元，从m个有限单元中选取出寿命最短的n个有限单元作为关键结构位置，也就是说，每个关键结构位置是一个有限单元，但并不是每一个有限单元都作为一个关键结构位置。
本实施例中，每一个关键结构位置的疲劳寿命是按照该有限单元及其附近的有限单元的平均值来计算得到的。
本实施例中，在结构疲劳损伤过程中，每个关键结构位置i要承受自身单元载荷引起的疲劳损伤Dii，还要受到其他相邻单元j相互作用而带来的疲劳损伤Dij，疲劳损伤过程可以分解为多个静强度加载后的损伤累积，根据Miner疲劳累积损伤法则，每个关键结构位置i受到的总的疲劳损伤Di是其受到各种疲劳损伤的累积，Di表示为：
Di＝Dii+∑Dij (1)
有限元划分后进行等效应力分析，其中，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力。
本实施例中，通过材料力学性能试验，能够得到材料在不同应力条件下的循环次数N＝[N1,N2,…Nm]，其中，材料在疲劳破坏前所经历的循环次数称为疲劳寿命。
本实施例中，交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：
式(2)中，σa表示交变载荷幅值，表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命。
根据式(2)可以得到相应材料的交变载荷幅值σa与疲劳寿命N之间关系及应力寿命(S-N)曲线。
本实施例中，通过结构和材料层面的分别研究，发现“应力”可以作为材料尺度与结构尺度的联系纽带，因此选用“等效应力”作为材料尺度与结构尺度的关联配准标准，通过将有限元划分后关键结构位置i的等效应力σi代入式(2)中的σa，得到该关键结构位置i的疲劳寿命Ni。
在前述不可维修长期服役结构损伤信息确定方法的具体实施方式中，进一步地，所述对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤包括：
确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；
确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；
确定模糊集F和G之间的汉明距离；
根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；
判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值；
若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果；
否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。
本实施例中，如图4所示，对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤具体步骤可以包括：
A11，确定仿真及在线检测的模糊集以及隶属函数
设U＝{u1,u1,…un}是关键结构位置的离散论域，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集，F和G分别为：
其中，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。
F和G可以认为是不可维修长期服役结构疲劳损伤的仿真结果和在线检测结果，则F和G与U之间的隶属度函数为：
μF(u)＝{μF(u1),μF(u2),…μF(un)} (5)
μG(u)＝{μG(u1),μG(u2),…μG(un)} (6)
其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数。
A12，计算汉明距离及匹配度
根据结构材料的等效应力分析可知，F与G两个模糊集合内部各个有限单元之间的关系的相似程度能够反映结构材料的均一性、分散性及内部缺陷问题，F与G的相似度高可以认为结构的仿真计算与在线检测的疲劳损伤分析差异来自于材料的分散性，在线检测结果可以作为材料疲劳损伤分析的主要依据；F与G的相似度低可以认为二者的差异主要来自于个别有限单元的内部缺陷，这时需要用仿真计算结果和在线检测结果来综合给出疲劳损伤分析结论。在模糊概念里，这种相似程度称为匹配度，可以通过计算F和G的汉明距离d(F,G)来反映两个模糊概念之间的差异。
根据确定的F和G的汉明距离d(F,G)，确定F和G之间的匹配度π(F,G)：
π(F,G)＝1-d(F,G) (8)
A13，得出不可维修长期服役结构疲劳损伤的全局判断
当匹配度大于等于预设的阈值λ时，认为F和G两个模糊概念是相匹配的，对模糊决策进行去模糊化，对于不可维修长期服役结构的疲劳损伤有以下结论：
根据式(9)可知，当匹配度大于等于预设的阈值λ时，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果；否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。
本实施例中，从材料尺度到结构尺度的损伤信息传递，是将损伤信息从微观尺度传递到宏观尺度，属于跨尺度信息传递，与宏观层级间信息传递不同，相同材料不同结构可能损伤信息差别很大，因此通过材料尺度与结构尺度的配准与关联，并将材料尺度的损伤信息综合到结构尺度之中，预判断不可维修长期服役结构的疲劳损失，然后利用模糊决策将结构与材料的损伤信息进行跨尺度决策，最终确定结构损伤状态的全局判断。
为了更好地说明本发明实施例提供的所述不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，现根据具体的实例：高速列车齿轮箱箱体结构与材料的跨尺度关联决策研究中，应用本发明实施例提供的所述不可维修长期服役结构损伤信息确定方法进行具体的说明。
首先通过疲劳试验得到高铁齿轮箱结构的材料的交变载荷幅值σa与疲劳寿命N之间关系及应力寿命曲线。
对齿轮箱材料试样进行了11次不同应力下的疲劳试验，表1为11次齿轮箱材料试样的疲劳试验结果：
表1齿轮箱材料疲劳实验结果
用11次齿轮箱材料试验疲劳试验的结果，对式(2)进行拟合，得到：
σa＝1549*(2N)-0.1718
根据σa＝1549*(2N)-0.1718，可得齿轮箱材料应力寿命曲线，如图5所示。
前期通过对高铁齿轮箱齿轮箱进行有限元仿真静强度分析、模态分析和疲劳强度分析，对高铁齿轮箱的关键结构位置选择如图6所示，共有7个关键结构位置，进而进行有限元仿真等效应力分析，可以得到齿轮箱不同单元的等效应力，通过图5齿轮箱材料S-N曲线可以得到齿轮箱关键结构位置的疲劳寿命NF：
MF＝{NF1，NF2，…NF7}
＝{2.6×1014,2.9×1013,8.2×1010,4.4×1011,1.3×1012,2.4×1013,4×1010}
其中，NF为仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果。
依据上述箱体关键结构位置，对高铁齿轮箱进行布点，进行搭载声发射***的台架试验，可以测得关键结构位置处的声发射信号，前期利用材料尺度箱体材料疲劳损伤过程的性能退化与寿命预测研究方法，在线检测得到箱体材料的疲劳损伤过程的疲劳损伤结果，即：寿命预测值NG。
由于箱体的疲劳寿命循环次数值较大，因此选用对数寿命值，记为NlogF和NlogG，进行模糊决策。
设U＝{U1，U1，…，U7}是箱体关键结构的离散论域，UF和UG分别是论域U上的箱体结构仿真模糊集和箱体材料在线检测模糊集，这里UF和UG可分别表示如下：
本实施例中，模糊决策主要依据F和G的匹配度来确定，因此模糊集内部的元素关系对两个模糊集的匹配度影响较大，选择以下隶属度函数的计算方法：
μF(U)＝归一化后的NlogF
μG(U)＝归一化后的NlogG
由此可以计算F和G的汉明距离d(F，G)：
则F和G的匹配度π(F，G)：
π(F，G)＝1-d(F，G)
最后，对模糊结果去模糊化，给出模糊决策结果。匹配度阈值λ代表了两个模糊集的匹配程度，一般认为，λ取0.8以上匹配度就较高了。本实施例中，假设取匹配度阈值λ＝0.9，可以认为箱体结构仿真模糊集和箱体材料在线检测模糊集的匹配程度要达到90％以上，有，
实施例二
本发明还提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定装置的具体实施方式，由于本发明提供的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置与前述不可维修长期服役结构损伤信息确定方法的具体实施方式相对应，该不可维修长期服役结构损伤信息确定装置可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述不可维修长期服役结构损伤信息确定方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。
如图7所示，本发明实施例还提供一种不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，包括：
关联模块11，用于根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；
获取模块12，用于获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；
决策模块13，用于对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。
本发明实施例所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤，从而实现结构与材料的跨尺度关联决策。
在前述不可维修长期服役结构损伤信息确定装置的具体实施方式中，进一步地，所述关联模块包括：
第一确定单元，用于确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；
第二确定单元，用于确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：其中，σa表示交变载荷幅值，表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；
第三确定单元，用于将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。
在前述不可维修长期服役结构损伤信息确定装置的具体实施方式中，进一步地，所述决策模块包括：
第四确定单元，用于确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；
第五确定单元，用于确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；
第六确定单元，用于确定模糊集F和G之间的汉明距离；
第七确定单元，用于根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；
判断单元，用于判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值，若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果，否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。
在前述不可维修长期服役结构损伤信息确定装置的具体实施方式中，进一步地，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：
其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。
在前述不可维修长期服役结构损伤信息确定装置的具体实施方式中，进一步地，确定的模糊集F和G之间的匹配度为：
π(F,G)＝1-d(F,G)
其中，π(F,G)表示模糊集F和G之间的匹配度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，包括：
根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；
获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；
对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。
2.根据权利要求1所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，所述根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果包括：确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；
确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：σa＝σ‘f(2N)b，其中，σa表示交变载荷幅值，σ‘f表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；
将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式σa＝σ‘f(2N)b，替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。
3.根据权利要求2所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，所述对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤包括：
确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；
确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；
确定模糊集F和G之间的汉明距离；
根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；
判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值；
若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果；
否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。
4.根据权利要求3所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：
其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。
5.根据权利要求4所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定方法，其特征在于，确定的模糊集F和G之间的匹配度为：
π(F,G)＝1-d(F,G)
其中，π(F,G)表示模糊集F和G之间的匹配度。
6.一种不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，其特征在于，包括：
关联模块，用于根据结构尺度层面的有限单元仿真结果与材料尺度层面的力学性能分析结果，利用等效应力进行跨尺度配准关联，仿真得到服役结构的疲劳损伤结果；
获取模块，用于获取在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果；
决策模块，用于对仿真得到的服役结构的疲劳损伤结果和在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果进行跨尺度决策，确定服役结构的疲劳损伤。
7.根据权利要求6所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，其特征在于，所述关联模块包括：
第一确定单元，用于确定每一关键结构位置的等效应力，其中，从划分所述服役结构得到的m个有限单元中选择出寿命最短的n个有限单元作为n个关键结构位置，关键结构位置i的等效应力σi为该关键结构位置i产生塑性变形的疲劳损伤Di时所受到的应力，Di表示关键结构位置i受到的总的疲劳损伤；
第二确定单元，用于确定交变载荷幅值与疲劳寿命之间的关系为：σa＝σ‘f(2N)b，其中，σa表示交变载荷幅值，σ‘f表示疲劳强度系数，B表示疲劳强度指数，N表示疲劳寿命；
第三确定单元，用于将关键结构位置i的等效应力σi带入关系式σa＝σ‘f(2N)b，替代关系式中的σa，计算得到关键结构位置i的疲劳寿命Ni。
8.根据权利要求7所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，其特征在于，所述决策模块包括：
第四确定单元，用于确定关键结构位置的离散论域U＝{u1,u1,…un}，其中，ui为关键结构位置i的离散论域，n表示关键结构位置的数目，设F和G分别是论域U上的仿真模糊集和在线检测模糊集；
第五确定单元，用于确定F的隶属度函数μF(u)和G的隶属度函数μG(u)，其中，μF(u)表示仿真得到的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(u)表示在线检测得到的疲劳损伤结果的隶属度函数；
第六确定单元，用于确定模糊集F和G之间的汉明距离；
第七确定单元，用于根据确定的模糊集F和G之间的汉明距离，确定模糊集F和G之间的匹配度；
判断单元，用于判断所述匹配度是否大于等于预设的阈值，若是，则将在线检测得到的服役结构材料的疲劳损伤结果作为服役结构的疲劳损伤结果，否则，则将仿真与在线检测疲劳损伤结果中的较小值作为服役结构的疲劳损伤结果。
9.根据权利要求8所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，其特征在于，确定的模糊集F和G之间的汉明距离为：
其中，d(F,G)表示模糊集F和G之间的汉明距离，μF(ui)表示仿真得到的关键结构位置i的疲劳损伤结果的隶属度函数，μG(ui)表示在线检测得到的关键结构位置i材料的疲劳损伤结果的隶属度函数。
10.根据权利要求9所述的不可维修长期服役结构损伤信息确定装置，其特征在于，确定的模糊集F和G之间的匹配度为：
π(F,G)＝1-d(F,G)
其中，π(F,G)表示模糊集F和G之间的匹配度。
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