[发明专利]基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法及系统

权利要求书

1.基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法，其特征在于，包括：

获取被测承载结构，对所述承载结构进行网格划分，建立结构全局网格化模型；

对所述结构全局网格化模型分别进行载荷受力分析和振动模态分析，基于载荷受力分析的结果进行载荷分解得到各载荷的单位位移矩阵和单位应变矩阵，基于振动模态分析的结果进行振型分解得到各阶次振型的单位位移矩阵和单位应变矩阵；

引入实测应变信息矩阵，结合各载荷的单位应变矩阵和各阶次振型的单位应变矩阵，得到应变权重模型；基于应变权重模型，得到各载荷权重值和各阶次振型权重值；

联合各载荷的单位位移矩阵、各阶次振型的单位位移矩阵、各载荷权重值和各阶次振型权重值，进行虚拟数字孪生模型重构，获得承载结构全局变形信息；

所述引入实测应变信息矩阵，结合各载荷的单位应变矩阵和各阶次振型的单位应变矩阵，得到应变权重模型具体包括：

输入实测应变信息矩阵[S₁,S₂,S₃,…,S_p]，建立方程组，其中传感器数量p满足：

p≥m+n

建立p个方程，得到应变权重模型：

其中，m为载荷分解后载荷力的个数，n为振型分解后材料的阶次个数，Q_fi、Q_ωj分别为对应于载荷fi、j阶振型的权重值，P_k为对应于S_k的网格顶点，1≤k≤p。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法，其特征在于，所述结构全局网格化模型包括表面网格单元和内部网格单元。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法，其特征在于，所述对所述结构全局网格化模型分别进行载荷受力分析和振动模态分析包括：若载荷不为0时，所述承载结构所受载荷为准静态载荷；若载荷为0时，所述承载结构所受载荷为动态振动变形。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法，其特征在于，所述载荷分解为：根据作用点和作用方向进行载荷力分解，并对每种载荷在单位作用力下的位移和应变进行仿真分析，得到各载荷的单位位移矩阵和单位应变矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法，其特征在于，所述振型分解为：根据承载结构的固有材料和形状固有属性，进行振动仿真，得到所述材料的n个阶次固有频率，根据所述材料的n个阶次固有频率得到各阶次振型的单位位移矩阵和单位应变矩阵。

6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法，其特征在于，所述实测应变信息矩阵根据若干个传感器的实测应变数据得到。

7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的高速列车承载结构变形监测方法，其特征在于，所述虚拟数字孪生模型为所有载荷力的位移矩阵分量的累加和与所有阶次振型所引起的位移矩阵分量的累加和的总和。