【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能防灾，具体涉及一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统。
技术介绍
1、消能减震(振)部件在工程结构中应用广泛，在提升结构安全性和舒适性方面具有核心作用。在抗震防灾领域，软钢阻尼器、可更换连梁、屈曲约束支撑和黏滞阻尼器等消能减震部件在提升抗震韧性方面已经得到验证。同时，黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器等消能减振部件在振动控制提升舒适度方面也具备出色的性能。但是，近年来的真实地震表明，长期在役的消能减震部件在地震作用下的性能会因为缺少维护而无法实现预定的设计目标。更为重要的是，掌握这些核心部件在震前、震时和震后的性能状态对于评估结构抗震韧性水平具有重大现实意义。对于震后的黄金救援时间内，如果可以快速评估核心部件的剩余能力，可以为救灾提供更多资源，如人员安置，生命救援等。目前这些消能减震部件大部分处于不维护或极少维护的状态，而且维护方法多采用视觉检查的办法，效率低且精度差，无法形成客观连续的历史数据存档，更无法探测到部件内部的损伤或者潜在故障。同时，只有在发生了事故或者震后才会动用大型精密设备进行检查，由于成本高无法长期使用。因此，探索采用新技术建立消能减震部件低成本、高时效性的智能运维手段对于提升工程结构抗震韧性非常必要。
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，通过集成采用数字孪生技术、物联网技术和边缘计算等技术，为消能减震部件的智能运维提供解决方案。
2、为实现上述目的，本使用专利技术的技术方案是：
3
4、智能感知模块：安装在消能减震部件上，通过传感器实时检测消能减震部件的物理数据，通过边缘计算获得消能减震部件的关键响应场，将所述的物理数据和关键响应场传输给保真降阶模型；
5、消能减震部件的虚拟孪生体——保真降阶模型：通过有限元模型计算建立响应快照数据库，进一步建立消能减震部件的保真降阶模型模块，通过保真降阶模型模块对消能减震部件的损伤进行实时评估和可视化；
6、虚实互动智能决策模块：接收保真降阶模型模块的数据，依据消能减震部件损伤的实时评估和可视化图像，对消能减震部件进行维护决策，并将维护建议和可视化图像推送到云端，供维护人员完成人工判断，并视情况安排人员进行现场检修；同时，给出消能减震部件的剩余能力评估，对工程结构的临时应用给出建议；
7、所述的智能感知模块、保真降阶模型、虚实互动智能决策模块依次连接形成消能减震部件的数字孪生智能运维和评估闭环系统。
8、优选的，所述的智能感知模块包括与单片机主板集成在一起的传感器、通信模块、电源模块，所述的传感器用以检测消能减震部件的三维变形和工作环境信息，包括位移传感器、陀螺仪传感器、温湿度传感器；所述的通信模块为4g模块或wifi模块或者蓝牙模块，用于将信息传递给保真降阶模型；所述的单片机设有边缘计算模块，并分别通过导线与传感器、通信模块、电源模块电连接；所述的电源模块用于智能感知模块平时的电源供给和灾时的应急供电。
9、优选的，所述的智能感知模块中，关键响应场包括消能减震部件的应力场、应变场和位移场。
10、优选的，所述的保真降阶模型包括：有限元模型、响应快照数据库、降阶算法模型和保真降阶模型模块，所述的有限元模型用于建立反映消能减震部件响应的参数化模型，在各种外部激励下计算得到响应，并建立对应的快照数据库；根据快照数据库，采用降阶算法模型建立保真降阶模型模块。
11、优选的，所述的保真降阶模型模块对消能减震部件的损伤进行实时评估和可视化的方法是：依据智能感知模块的关键响应场信息，综合消能减震部件的历史损伤信息和实时损伤信息，对损伤区域定位并进行量化评估，根据提供训练完成的ai模型对损伤进行评估并将损伤部位和程度可视化。
12、优选的，所述的虚实互动智能决策模块的维护决策包括：免维护继续使用、在一定维护条件下使用、无法通过维护继续使用。
13、优选的，所述的维护决策还包括预测性维护建议，基于主震之后发生余震的概率，保真降阶模型模块计算出若发生余震时消能减震部件的关键响应场，进行消能减震部件使用功能预测，虚实互动智能决策模块基于功能预测给出预测性维护建议。
14、优选的，所述的保真降阶模型采用pod-galerkin和autoencoder两种方法混合建模，先将有限元模型分析得到的快照数据通过奇异值分解得到pod模态，再进行pod-galerkin投影降阶得到中间降阶数据，将此数据作为输入到autoencoder的encoder模块，得到隐空间的降阶坐标；然后，通过采用稀疏回归算法得到参数化的降阶模型，该参数化降阶模型通过autoencoder的decoder模块解码重建得到保真降阶模型模块。
15、优选的，所述的传感器的数据由保真降阶模型模块进行同化，采用概率图模型考虑多种不确定性进行保真降阶模型模块的动态更新、预测，并使虚实互动智能决策模块做出对应的维护决策。
16、优选的，所述的概率图模型为包括决策节点的动态贝叶斯网络模型，采用6个变量描述消能减震部件，包括物理状态、数字状态、关键量、观测数据、控制输入和评估决策；采用概率图模型驱动物理实体与虚拟孪生体之间的交互，根据保真降阶模型模块的预测和传感器数据的实时输入，虚实互动智能决策模块融合多种不确定性进行维护决策。
17、本专利技术一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统的有益效果为：
18、1.消能减震部件的全寿命周期智能运维。采用数字孪生技术建立消能减震部件的保真虚拟孪生体，以虚拟传感器的手段“透视”部件的整体性能状态，为该类部件的全寿命周期运维提供新技术。借助该技术，可以实时掌握工程结构核心部件的性能状态，使其在全寿命周期内保持全时在线的透明状态，从整体上提升工程结构的抗灾韧性能力。
19、2.低成本的优势可以促进大量应用推广。借助成熟的低成本传感器产品和单片机产品，使其大量布置依然可以有效控制成本。这对于大量的中小业主具有很大的说服力。同时，借助数字孪生体的保真响应，避免了布置大量的传感器，尤其是昂贵的传感器。采用数字孪生技术的虚拟传感器，可以实时查看任意位置的性能信息，这些信息可以实时存储和存档备查，方便建立部件的健康档案。
20、3.高时效性利于震后救援。作为支撑工程结构抗震能力的关键部件，消能减震部件在地震发生时承担着耗散地震输入能量的任务。地震发生后，快速评估这些关键部件的损伤情况和剩余能力对于工程结构的抗震能力至关重要。区别于传统需要大量专业人员和设备的震后评估，采用本专利技术基于数字孪生的快速评估技术，可以实时得到部件的性能状态，这种时效性是传统手段无法实现的。同时，由于有更详细的数据支撑，可以为重要生命线工程的通行能力给出定量评估。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，包括：
2.如权利要求1所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的智能感知模块包括与单片机主板集成在一起的传感器、通信模块、电源模块，所述的传感器用以检测消能减震部件的三维变形和工作环境信息，包括位移传感器、陀螺仪传感器、温湿度传感器；所述的通信模块为4G模块或WIFI模块或者蓝牙模块，用于将信息传递给保真降阶模型；所述的单片机设有边缘计算模块，并分别通过导线与传感器、通信模块、电源模块电连接；所述的电源模块用于智能感知模块平时的电源供给和灾时的应急供电。
3.如权利要求2所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的智能感知模块中，关键响应场包括消能减震部件的应力场、应变场和位移场。
4.如权利要求3所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的保真降阶模型包括：有限元模型、响应快照数据库、降阶算法模型和保真降阶模型模块，所述的有限元模型用于建立反映消能减震部件响应的参数化模型，在各种外部激励下计算得到响应，并建立
5.如权利要求4所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的保真降阶模型模块对消能减震部件的损伤进行实时评估和可视化的方法是：依据智能感知模块的关键响应场信息，综合消能减震部件的历史损伤信息和实时损伤信息，对损伤区域定位并进行量化评估，根据提供训练完成的AI模型对损伤进行评估并将损伤部位和程度可视化。
6.如权利要求5所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的虚实互动智能决策模块的维护决策包括：免维护继续使用、在一定维护条件下使用、无法通过维护继续使用。
7.如权利要求6所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的维护决策还包括预测性维护建议，基于主震之后发生余震的概率，保真降阶模型模块计算出若发生余震时消能减震部件的关键响应场，进行消能减震部件使用功能预测，虚实互动智能决策模块基于功能预测给出预测性维护建议。
8.如权利要求7所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的保真降阶模型采用POD-Galerkin和Autoencoder两种方法混合建模，先将有限元模型分析得到的快照数据通过奇异值分解得到POD模态，再进行POD-Galerkin投影降阶得到中间降阶数据，将此数据作为输入到Autoencoder的Encoder模块，得到隐空间的降阶坐标；然后，通过采用稀疏回归算法得到参数化的降阶模型，该参数化降阶模型通过Autoencoder的Decoder模块解码重建得到保真降阶模型模块。
9.如权利要求8所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的传感器的数据由保真降阶模型模块进行同化，采用概率图模型考虑多种不确定性进行保真降阶模型模块的动态更新、预测，并使虚实互动智能决策模块做出对应的维护决策。
10.如权利要求9所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的概率图模型为包括决策节点的动态贝叶斯网络模型，采用6个变量描述消能减震部件，包括物理状态、数字状态、关键量、观测数据、控制输入和评估决策；采用概率图模型驱动物理实体与虚拟孪生体之间的交互，根据保真降阶模型模块的预测和传感器数据的实时输入，虚实互动智能决策模块融合多种不确定性进行维护决策。
...【技术特征摘要】
1.一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，包括：
2.如权利要求1所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的智能感知模块包括与单片机主板集成在一起的传感器、通信模块、电源模块，所述的传感器用以检测消能减震部件的三维变形和工作环境信息，包括位移传感器、陀螺仪传感器、温湿度传感器；所述的通信模块为4g模块或wifi模块或者蓝牙模块，用于将信息传递给保真降阶模型；所述的单片机设有边缘计算模块，并分别通过导线与传感器、通信模块、电源模块电连接；所述的电源模块用于智能感知模块平时的电源供给和灾时的应急供电。
3.如权利要求2所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的智能感知模块中，关键响应场包括消能减震部件的应力场、应变场和位移场。
4.如权利要求3所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的保真降阶模型包括：有限元模型、响应快照数据库、降阶算法模型和保真降阶模型模块，所述的有限元模型用于建立反映消能减震部件响应的参数化模型，在各种外部激励下计算得到响应，并建立对应的快照数据库；根据快照数据库，采用降阶算法模型建立保真降阶模型模块。
5.如权利要求4所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的保真降阶模型模块对消能减震部件的损伤进行实时评估和可视化的方法是：依据智能感知模块的关键响应场信息，综合消能减震部件的历史损伤信息和实时损伤信息，对损伤区域定位并进行量化评估，根据提供训练完成的ai模型对损伤进行评估并将损伤部位和程度可视化。
6.如权利要求5所述的一种消能减震部件的数字孪生智能运维和评估系统，其特征为，所述的虚实互动智能决策模块的维护...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。