基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，包括构建铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型；构建铝合金板材外场环境腐蚀试验不确定退化模型；根据铝合金板材内外场腐蚀环境拉伸强度退化试验数据，构建内外场数据的归一化不确定测度函数；构建内外场总熵函数,融合内外场退化试验数据；构建内外场数据总熵为目标函数、内外场退化模型待定参数为优化变量的优化模型；设计遗传算法求解优化模型中待定参数；计算内外场数据融合后的外场环境下铝合金板材寿命分布及可靠寿命。本发明专利技术将铝合金板材内场退化试验数据和外场实际环境下的强度退化数据进行有效融合，有效提升了铝合金板材的日历寿命评估的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法
本专利技术属于板材寿命预测
，更具体的说是涉及一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法。
技术介绍
铝合金板材日历寿命试验分为在设计定型阶段的内场退化试验和部署使用阶段的外场试验。内场试验通过在实验室环境下根据其环境谱，令铝合金板材在高于使用条件的、恒定的盐度、湿度或温度下进行腐蚀试验，随后在不同时间对其拉伸强度进行测定，实现对铝合金板材寿命的摸底和评估。设计定型阶段铝合金板材退化试验具有试验样本量小、难度大、成本高的特点。由于受到实验室试验条件的限制，实验室环境只能在一定程度上模拟其使用环境，与实际的环境载荷会存在差异。在实验室环境下仅能针对典型的工作载荷，进行极为有限的试验，这时得到试验数据样本量极为有限，因而内场试验得出退化数据的不确定性较大。外场试验是在实际外场使用环境下进行的试验，通过对铝合金板材暴露在外场环境后一定时间后的强度进行寿命评估。外场试验通常是在役试验，借助外场试验环境，充分挖掘环境载荷信息，最大限度的耦合使用时的环境应力作用。外场日历寿命试验难度小、成本低，但试验周期长，且受开放环境影响，数据中干扰成分较多。因此，如何提供一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对铝合金板材在内场实验室退化试验数据拟合外场使用时认知不确定大、外场试验数据包含较多干扰信息的问题，提出了一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，借助于信息融合技术，将铝合金板材内场退化试验数据和外场实际环境下的强度退化数据进行有效融合，有效提升了铝合金板材的日历寿命评估的准确性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，包括如下步骤：步骤1、构建铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型；步骤2、构建铝合金板材外场环境腐蚀试验不确定退化模型；步骤3、根据收集的铝合金板材内外场腐蚀环境拉伸强度退化试验数据，构建内外场数据的归一化不确定测度函数；步骤4、以内外场数据归一化不确定测度函数，构建内外场总熵函数，融合内外场退化试验数据；步骤5、构建内外场数据总熵为目标函数、内外场退化模型待定参数为优化变量的优化模型；步骤6、设计遗传算法求解优化模型中待定参数；步骤7、将解出的参数代入到外场环境腐蚀试验不确定退化模型，计算内外场数据融合后的外场环境下铝合金板材寿命分布及可靠寿命。优选的，步骤1中，构建铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型的方法为：铝合金材料与时间相关的强度性能参数在内场试验中的退化量Xt为一个不确定的独立增量过程，对任意时间t和s,Xt+s-Xs～Φt(z)且与Xs相互独立，其中上式中，μ为铝合金材料在内场试验中强度退化率，σt为在t时刻退化量不确定正态分布的标准差。优选的，步骤2中，构建铝合金板材外场环境腐蚀试验不确定退化模型的方法为：记外场退化过程为Yt，其分布为上式中，μk1为外场退化速率，(σ+k2)t为标准差，k1、k2为内、外场试验退化模型间的校准系数。优选的，步骤3中，铝合金板材内外场腐蚀环境拉伸强度退化试验数据为，在试验一段时间后的一组强度退化量和对应的测试时间。优选的，步骤3中，构建内外场数据的归一化不确定测度函数的方法为：设(x1，t1)，(x2，t2)，…，(xm，tm)为一组内场试验数据,其中的x1，x2，…，xm内场试验中铝合金板材的强度退化量，t1，t2，…，tm为对应的退化时间；按照铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型，第i个退化数据(xi，ti)对应的不确定测度为将α1，α2，…，αm归一化，得到归一化的内场试验数据不确定测度，即同样，对于外场试验数据(y1，t′1)，(y2，t′2)，…，(yn，t′n)，y1，y2，…，yn为外场的退化量，t′1，t′2，…，t′n为对应的退化时间；将试验数据带入式(2)的导数，计算外场试验数据不确定测度为然后再归一化得到优选的，步骤4中，构建内外场总熵函数的方法为：将步骤3中得到的归一化不确定测度带入到熵函数中，计算关于参数内外场数据的总熵S，即等于上式中Θ＝(μ，σ，k1，k2)，其中e为待定退化速率，σ为退化过程的待定标准差，k1、k2为内、外场试验退化模型间的校准系数。优选的，通过步骤5中的优化模型，获取最大化内外场数据总熵以期最优拟合内外场数据，并确定总熵最大时的退化模型参数配置的取值，即上式中：表示均值与方差考虑极端情况的取值范围；μ＞0，σ＞0为保证退化速率、方差为正数；表示外场退化速率应小于内场速率，上限为校准系数k1考虑极端情况的取值；-σ＜k2＜0表示由于在外场中退化中的退化时间数据远大于内场。优选的，步骤6中遗传算法的流程如下：①选取一定数量的初代种群G0：种群数为预设参数，且在遗传算法中每一代种群数不变；根据式(4)的约束条件，确定每个参数的上下界，按照均匀分布随机选取0到该参数上限值之间的数；共组成等于种群数的随机参数向量组作为初代种群；②计算第l代种群Gl的适应度函数：用目标函数式(3)带入指数函数中作为适应度函数据选择算子确定能够存活并遗传的父母代染色体，根据交叉算子生成子代染色体，并根据变异算子确定子代染色体变异，由能够存活并遗传的父母代染色体与子代染色体构成新一代种群Gl+1；③不断重复计算种群Gl适应度，经过选择、交叉、变异算子生成新一代种群Gl+1，直到达到预设的代数上限或适应度收敛条件。优选的，选择算子：根据式(4)的约束确定Gt种群中个体是否满足约束，剔除不能满足约束的个体；然后将种群的适应度归一化，按照轮盘赌博的方式选取父母染色体：交叉算子：首先编码：对待确定参数Θ＝(μ，σ，k1，k2)中的参数的二进制编码，二进制的编码长度由该参数的上限θH和参数的精确小数位c决定，将θH×10c向下取整后转为二进制数，这个二进制数的位数即作为该参数的编码长度，所有参数的二进制编码按Θ＝(μ，σ，k1，k2)的顺序排列构成染色体；然后，在父代、母代染色体的一个随机编码位置进行交叉，选取父代染色体在该编码位置前的编码、母代染色体在该编码位置后的编码构成子代染色体编码；不断重复这个交叉过程，直到子代染色体数量达到种群数，构成子代染色体池；变异算子：遍历子代染色体池中的染色体，根据变异率，判定变异的发生，变异发生在随机编码位置，导致该编码位置的数字由0变为1或1变为0。优选的，在步骤7中铝合金板材寿命分布为经过最大熵优化模型融合内外场退化数据得到的铝合金板材在外场环境应力下的退化寿命的可靠性分布：记融合内外场退化数据得到的铝合金板材在外场环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、构建铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型；/n步骤2、构建铝合金板材外场环境腐蚀试验不确定退化模型；/n步骤3、根据收集的铝合金板材内外场腐蚀环境拉伸强度退化试验数据，构建内外场数据的归一化不确定测度函数；/n步骤4、以内外场数据归一化不确定测度函数，构建内外场总熵函数，融合内外场退化试验数据；/n步骤5、构建内外场数据总熵为目标函数、内外场退化模型待定参数为优化变量的优化模型；/n步骤6、设计遗传算法求解优化模型中待定参数；/n步骤7、将解出的参数代入到外场环境腐蚀试验不确定退化模型，计算内外场数据融合后的外场环境下铝合金板材寿命分布及可靠寿命。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、构建铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型；
步骤2、构建铝合金板材外场环境腐蚀试验不确定退化模型；
步骤3、根据收集的铝合金板材内外场腐蚀环境拉伸强度退化试验数据，构建内外场数据的归一化不确定测度函数；
步骤4、以内外场数据归一化不确定测度函数，构建内外场总熵函数，融合内外场退化试验数据；
步骤5、构建内外场数据总熵为目标函数、内外场退化模型待定参数为优化变量的优化模型；
步骤6、设计遗传算法求解优化模型中待定参数；
步骤7、将解出的参数代入到外场环境腐蚀试验不确定退化模型，计算内外场数据融合后的外场环境下铝合金板材寿命分布及可靠寿命。


2.根据权利要求1所述的一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，其特征在于，步骤1中，构建铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型的方法为：铝合金材料与时间相关的强度性能参数在内场试验中的退化量Xt为一个不确定的独立增量过程，对任意时间t和s，Xt+s-Xs～Φt(z)且与Xs相互独立，其中



上式中，μ为铝合金材料在内场试验中强度退化率，σt为在t时刻退化量不确定正态分布的标准差。


3.根据权利要求2所述的一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，其特征在于，步骤2中，构建铝合金板材外场环境腐蚀试验不确定退化模型的方法为：
记外场退化过程为Yt，其分布为



上式中，μk1为外场退化速率，(σ+k2)t为标准差，k1、k2为内、外场试验退化模型间的校准系数。


4.根据权利要求3所述的一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，其特征在于，步骤3中，铝合金板材内外场腐蚀环境拉伸强度退化试验数据为，在试验一段时间后的一组强度退化量和对应的测试时间。


5.根据权利要求4所述的一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，其特征在于，步骤3中，构建内外场数据的归一化不确定测度函数的方法为：
设(x1，t1)，(x2，t2)，…，(xm，tm)为一组内场试验数据，其中的x1，x2，…，xm内场试验中铝合金板材的强度退化量，t1，t2，…，tm为对应的退化时间；按照铝合金板材内场腐蚀试验不确定退化模型，第i个退化数据(xi，ti)对应的不确定测度为



将α1，a2，…，αm归一化，得到归一化的内场试验数据不确定测度，即



同样，对于外场试验数据(y1，t′1)，(y2，t′2)，…，(yn，t′n)，y1，y2，…，yn为外场的退化量，t′1，t′2，…，t′n为对应的退化时间；将试验数据带入式(2)的导数，计算外场试验数据不确定测度为



然后再归一化得到





6.根据权利要求5所述的一种基于内外场试验信息融合的板材腐蚀退化寿命预测方法，其特征在于，步骤4中，构建内外场总熵函数的方法为：
将步骤3中得到的归一化不确定测度带入到熵函数中，计算关于参数内外场数据的总熵S，即等于



上式中Θ＝(μ，σ，k1，k2)，其中e为待定退化速率，σ为退化过程的待定标准差，k1、k2为内、外场试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭霖瀚，王禹，康锐，张清源，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11