申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2024-04-16

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN118052114B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2024.06.04#实质审查的生效;2024.05.17#公开

摘要：基于“算测融合”的导弹数字孪生建模方法，属于数字孪生技术领域。首先，根据物理实体建立导弹几何模型并得到导弹工况数据，基于工况数据构建结构应力、变形预测代理模型。再次，得到导弹速度、周围温度与压力的实测数据，将其输入结构应力、变形预测代理模型中预测导弹结构应力和变形。最后，采用三维可视化建模方法在数字孪生系统中实现导弹结构应力与变形的实时可视化显示。本发明使用传感器数据对导弹进行健康监测，能够通过计算数据对导弹的结构性能进行监测和预警；能够直观、实时的在数字孪生系统中显示导弹的结构应力与变形，网格简化能够提高数字孪生系统的实时性与可靠性；为导弹的结构健康监测与导弹的改进和优化提供重要的参考依据。

主权项：1.一种基于“算测融合”的导弹数字孪生建模方法，其特征在于，所述的导弹数字孪生建模方法包括：第一步，根据物理实体建立导弹几何模型，采用有限元分析得到导弹的工况数据；具体如下：步骤1.1：根据导弹物理实体的几何特征，使用三维建模软件建立导弹几何模型；步骤1.2：对步骤1.1得到的导弹几何模型进行简化处理得到简化导弹几何模型；步骤1.3：对步骤1.2得到的简化导弹几何模型进行网格划分，并保持其网格节点的坐标和编号；步骤1.4：在步骤1.2简化导弹几何模型的外部，构建外流场流体域；所述外流场流体域包括外部流体域和核心流体域；所述核心流体域为靠近简化导弹几何模型的区域，包含简化导弹几何模型的具体特征，对核心流体域进行网格加密处理，其中包含简化导弹几何模型具体特征的区域网格再次进行加密处理；所述外部流体域不包含导弹几何模型关键几何特征，划分网格粗糙；步骤1.5：采用有限元分析方法在步骤1.4构建的外流场流体域内模拟导弹在高速飞行条件下的外流场工况；所述有限元分析方法采用计算流体力学方法完成，其中，设置输入参数时，考虑导弹飞行状态和环境条件的影响，设置的输入参数包括导弹速度、周围温度与压力，输出为流固耦合面上的压力载荷和热载荷分布；所述流固耦合面为步骤1.4核心流体域中包含简化导弹几何模型具体特征的区域，与步骤1.4外部流体域的接触面；步骤1.6：采用有限元分析方法中的热-固耦合分析方法构建导弹外流场单向流固耦合分析模型，将步骤1.5得到的流固耦合面上的压力载荷和热载荷分布施加在步骤1.3划分网格后的简化导弹几何模型上，输出导弹几何模型的工况数据，所述工况数据包括导弹几何模型的结构应力与变形；第二步，基于工况数据构建结构应力预测代理模型，基于工况数据构建结构变形预测代理模型；具体如下：步骤2.1：以步骤1.5中的导弹速度、周围温度与压力作为输入，以步骤1.6工况数据中的结构应力作为输出，构建结构应力预测代理模型，通过该结构应力预测代理模型能够计算得到任意输入的导弹几何模型的结构应力，其中，输入为导弹速度、周围温度与压力三个参数；步骤2.2：以步骤1.5中的导弹速度、周围温度与压力作为输入，以步骤1.6工况数据中的结构变形作为输出，构建结构变形预测代理模型，通过该结构变形预测代理模型能够计算得到任意输入的导弹几何模型的结构变形；第三步，采用传感与通信方法采集并解析得到导弹速度、周围温度与压力的实测数据；具体如下：步骤3.1：构建数字孪生系统；步骤3.2：使用位移、温度、压力传感器采集导弹飞行过程中的速度、周围温度和压力实测数据，并将实测数据形成实测数据包上传至服务器中；步骤3.3：步骤3.1的数字孪生系统通过无线通信向服务器发送获取实测数据的请求指令，服务器核对该指令与服务器中预设指令一致后，服务器向数字孪生系统发送步骤3.2实测数据包；步骤3.4：通过数字孪生系统对步骤3.3得到的实测数据包进行解析，得到导弹速度、周围温度与压力实测数据并分类存储在数字孪生系统中；第四步，采用三维可视化建模方法在数字孪生系统中实现导弹结构应力与变形的实时可视化显示，具体如下：步骤4.1：根据步骤1.3得到的网格节点的坐标和编号，使用三维可视化技术在步骤3.1搭建的数字孪生系统中，进行导弹几何模型的重构；步骤4.2：利用基于二次误差度量的网格简化算法，对步骤4.1得到的导弹几何模型进行网格简化，得到网格简化后的导弹几何模型，并将其网格节点的坐标和编号数据保存，在保证模型正确性的前提下减少网格数量，减少计算量以提高实时性；所述的步骤4.2具体如下：步骤4.2.1：读取步骤1.3得到的网格节点的坐标和编号数据；步骤4.2.2：计算步骤4.2.1读取到的网格节点的二次误差矩阵，依据二次误差矩阵，得到网格节点的边折叠误差和折叠后新节点的坐标；所述二次误差矩阵Q： 其中，p为平面，定义为：ax+by+cz+d＝0，且a2+b2+c2＝1，点vx，y，z； 定义v1，v2为网格边v1，v2的两个端点，他们收缩到点的误差度量矩阵为因此，所述的边折叠误差表示为： 使用一个二次型表示： 其中，q11，q12，q13，q14，q22，q23，q24，q33，q34，q44均为常数；所述折叠后新节点的坐标为： 步骤4.2.3：计算步骤4.2.1读取到的网格的每条边的近似曲率以及边长，由此确定边折叠的权重；所述权重用E表示：其中，lv1，v2为所述边长，v1x1，y1，z1，v2x2，y2，z2为边的两个端点；f为边的近似曲率，nv1，nv2为节点v1，v2的单位法向量，nvi，nvj为节点v1，v2周围三角形面的法向量，m，n为与节点v1，v2相邻三角形面的个数；步骤4.2.4：将步骤4.2.2得到的网格节点的边折叠误差与步骤4.2.3得到的权重E相乘，得到新的边折叠误差，并将他们按照从小到大的顺序排序；新的边折叠误差为： 步骤4.2.5：选择步骤4.2.4得到的边折叠误差中最小的边进行折叠操作，由步骤4.2.2的二次误差矩阵计算折叠后新节点的坐标；步骤4.2.6：计算折叠后相邻边的边折叠误差和新节点的坐标，并根据折叠误差更新折叠顺序；步骤4.2.7：判断是否达到简化目标，如果没有达到简化目标重复步骤4.2.5、步骤4.2.6，最终在数字孪生系统中得到简化后的导弹网格模型，并将其节点的坐标和编号数据保存步骤4.3：使用第三步得到的传感器实时数据，输入到第二步得到的应力变形预测代理模型中，预测得到步骤4.2的导弹简化网格模型节点的应力，并对数据进行存储；步骤4.4：使用第三步得到的传感器实时数据，输入到第二步得到的结构变形预测代理模型中，预测得到步骤4.2的导弹简化网格模型节点的变形，并对数据进行存储；步骤4.5：在步骤3.1数字孪生系统中，使用颜色转换方法，对步骤4.2网格简化后的导弹几何模型，依据步骤4.3和步骤4.4计算得到的节点的应力和变形数值大小赋予颜色，能够直观反映导弹飞行过程中的性能和状态，对导弹结构的性能进行监测和预警。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连理工大学 基于“算测融合”的导弹数字孪生建模方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD