机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (4): 328-341.doi: 10.3901/JME.260129
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杨亮亮1,2, 龚壮壮1,2, 何西旺1,2, 王沐晨1,2, 闵强3, 阚子云1,2, 宋学官1,2
YANG Liangliang1,2, GONG Zhuangzhuang1,2, HE Xiwang1,2, WANG Muchen1,2, MIN Qiang3, KAN Ziyun1,2, SONG Xueguan1,2
摘要: 损伤是结构的主要失效性形式,如何快速准确识别损伤可有效避免因损伤导致的失效和损坏,是结构健康监测的关键问题之一。鉴于此,本研究以提高结构损伤识别效率和准确性为目标,通过融合机理模型的模态信息和传感器的实测数据,提出一种面向结构损伤识别的数字孪生建模方法。首先,以简化的变截面类悬臂梁结构为例,依据结构几何尺寸、材料属性等信息构建结构孪生机理模型,基于Euler-Bernoulli理论快速获取健康结构固有频率。其次,依据机理模型计算的固有频率设置传感器采样频率和滤波参数,对监测数据进行分解、滤波和变换,提取结构损伤特征,并确定对损伤特征影响最大的损伤几何参数,结合损伤特征识别裂纹损伤长度和位置。然后,通过数值案例验证机理模型、损伤特征提取和数据驱动模型的可行性,结果表明,所提方法不仅可以提高损伤识别精度,而且能够快速识别损伤位置。最后,基于传感器实测数据构建面向结构损伤识别的数字孪生,在孪生空间中识别结构损伤,进一步验证提出孪生模型对结构损伤识别的有效性。该研究不仅为结构的损伤识别提供新的思路和方案,也为基于数字孪生的预测性维护提供新的借鉴和参考。
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