本發(fā)明涉及人工智能，特別地涉及一種應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在海洋工程領(lǐng)域，海洋結(jié)構(gòu)物如海上平臺(tái)、養(yǎng)殖網(wǎng)箱等長期經(jīng)受復(fù)雜海洋環(huán)境作用，疲勞破壞是影響其安全性和使用壽命的關(guān)鍵因素，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)海洋結(jié)構(gòu)物的疲勞壽命，對(duì)于保障其正常運(yùn)行、預(yù)防事故發(fā)生至關(guān)重要。

2、現(xiàn)有疲勞壽命統(tǒng)計(jì)方法存在諸多局限；一方面，在處理海洋環(huán)境因素時(shí)，難以精準(zhǔn)考慮波浪載荷的隨機(jī)性和復(fù)雜性，導(dǎo)致水動(dòng)力特性計(jì)算不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算和疲勞壽命評(píng)估；另一方面，對(duì)于裂紋擴(kuò)展過程的模擬，缺乏對(duì)多源數(shù)據(jù)的有效處理和利用，無法充分捕捉裂紋生長與應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的復(fù)雜關(guān)系，使得裂紋擴(kuò)展量計(jì)算偏差較大；而且，傳統(tǒng)方法計(jì)算效率較低，難以滿足實(shí)際工程中快速準(zhǔn)確評(píng)估的需求。

3、因此，亟需一種能夠快速且可靠地對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物進(jìn)行疲勞壽命統(tǒng)計(jì)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出一種應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效且準(zhǔn)確地對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物進(jìn)行疲勞壽命統(tǒng)計(jì)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、構(gòu)建海洋結(jié)構(gòu)物對(duì)應(yīng)的模型，對(duì)模型外部接觸水的殼單元賦予濕表面性質(zhì)后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，導(dǎo)出濕表面模型與整體結(jié)構(gòu)模型；

4、輸入濕表面并選定相應(yīng)的浪向和波浪頻率計(jì)算對(duì)應(yīng)的水動(dòng)力特性；

5、基于所述水動(dòng)力特性將波浪載荷傳遞給結(jié)構(gòu)，計(jì)算波浪載荷下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

6、截取整體結(jié)構(gòu)模型得到疲勞熱點(diǎn)處的子模型，利用整體結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)子模型進(jìn)行位移和應(yīng)力映射，構(gòu)建裂紋擴(kuò)展模型；

7、對(duì)裂紋擴(kuò)展區(qū)域多次插入裂紋，以初始裂紋位置為變量構(gòu)成裂紋擴(kuò)展的擴(kuò)展域，導(dǎo)出多次計(jì)算中的裂紋信息和所述裂紋信息對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，形成數(shù)據(jù)集；

8、對(duì)所述應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋信息和波浪頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，對(duì)多層感知器模型進(jìn)行訓(xùn)練，以得到能預(yù)測(cè)不同規(guī)則波下的應(yīng)力強(qiáng)度因子的多層感知器模型；

9、根據(jù)預(yù)測(cè)的應(yīng)力強(qiáng)度因子構(gòu)建應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)計(jì)算裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力，基于所述裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力計(jì)算相應(yīng)的裂紋擴(kuò)展量；

10、統(tǒng)計(jì)短期海況經(jīng)歷時(shí)間得到隨機(jī)海況下裂紋擴(kuò)展壽命曲線；

11、基于不同裂紋尺寸下應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物進(jìn)行疲勞壽命統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與有限元結(jié)果比較，以得到海洋結(jié)構(gòu)物對(duì)應(yīng)的疲勞壽命。

12、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：

13、可選地，所述對(duì)裂紋擴(kuò)展區(qū)域多次插入裂紋，以初始裂紋位置為變量構(gòu)成裂紋擴(kuò)展的擴(kuò)展域，包括：

14、引入初始裂紋，作為初始輸入；

15、逐次預(yù)測(cè)不同頻率的單位波幅規(guī)則波作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子；

16、根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)結(jié)合短期海況計(jì)算對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展量；

17、判斷所述裂紋擴(kuò)展量是否達(dá)到更新閾值，若未達(dá)到，則重復(fù)海況計(jì)算；

18、若達(dá)到，則更新裂紋尺寸，并將更新后的裂紋尺寸作為新輸入進(jìn)行下一次預(yù)測(cè)循環(huán)。

19、可選地，所述導(dǎo)出多次計(jì)算中的裂紋信息和所述裂紋信息對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，包括：

20、通過公式（1）計(jì)算實(shí)部等效應(yīng)力強(qiáng)度因子；

21、公式（1）；

22、式中，為實(shí)部等效應(yīng)力強(qiáng)度因子，為實(shí)際的張開型應(yīng)力強(qiáng)度因子，為實(shí)際的滑開型應(yīng)力強(qiáng)度因子，為實(shí)際的撕開型應(yīng)力強(qiáng)度因子，為材料的泊松比；

23、通過公式（2）計(jì)算虛部等效應(yīng)力強(qiáng)度因子；

24、公式（2）；

25、式中，虛部等效應(yīng)力強(qiáng)度因子，為虛擬的張開型應(yīng)力強(qiáng)度因子，為虛擬的滑開型應(yīng)力強(qiáng)度因子，為虛擬的撕開型應(yīng)力強(qiáng)度因子。

26、可選地，所述導(dǎo)出多次計(jì)算中的裂紋信息和所述裂紋信息對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，還包括：

27、通過公式（3）計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子；

28、公式（3）；

29、式中，為應(yīng)力強(qiáng)度因子，為實(shí)部等效應(yīng)力強(qiáng)度因子，虛部等效應(yīng)力強(qiáng)度因子。

30、可選地，所述對(duì)所述應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋信息和波浪頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括：

31、對(duì)數(shù)據(jù)集中的裂紋信息和不同波浪頻率作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子按照波浪頻率、實(shí)部和虛部進(jìn)行分類標(biāo)記；

32、以節(jié)點(diǎn)在裂紋上的相對(duì)位置為自變量，以裂紋前緣上節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子為因變量進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，對(duì)裂紋前緣相對(duì)位置進(jìn)行均分，以保證數(shù)據(jù)維度統(tǒng)一；

33、對(duì)維度統(tǒng)一后不同裂紋上相同裂紋相對(duì)位置上的裂紋信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除特征間量綱影響；

34、采用主成分分析方法對(duì)數(shù)據(jù)主成分的提取。

35、可選地，所述根據(jù)預(yù)測(cè)的應(yīng)力強(qiáng)度因子構(gòu)建應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)計(jì)算裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力，包括：

36、通過公式（4）計(jì)算波浪譜；

37、公式（4）；

38、式中，為波浪譜，為有效波高，為平均跨零周期，為波浪的圓頻率，為指數(shù)函數(shù)；

39、通過公式（5）計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)；

40、公式（5）；

41、式中，為應(yīng)力強(qiáng)度因子，為應(yīng)力強(qiáng)度因子響應(yīng)譜密度?，為波浪譜。

42、可選地，所述基于所述裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力計(jì)算相應(yīng)的裂紋擴(kuò)展量，包括：

43、通過公式（6）計(jì)算裂紋擴(kuò)散量；

44、?公式（6）；

45、式中，為裂紋擴(kuò)展增量；為材料參數(shù),反映材料抵抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力的比例系數(shù)，與材料微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)；為對(duì)應(yīng)短期海況下的持續(xù)時(shí)間，和為應(yīng)力譜的矩，為應(yīng)力強(qiáng)度因子門檻值，為積分變量，為材料參數(shù)，表征裂紋擴(kuò)展速率對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子幅的敏感程度；為第?i?個(gè)工況下應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的概率密度函數(shù)。

46、一種應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

47、模型導(dǎo)出模塊，用于構(gòu)建海洋結(jié)構(gòu)物對(duì)應(yīng)的模型，對(duì)模型外部接觸水的殼單元賦予濕表面性質(zhì)后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，導(dǎo)出濕表面模型與整體結(jié)構(gòu)模型；

48、水動(dòng)力特性計(jì)算模塊，用于輸入濕表面并選定相應(yīng)的浪向和波浪頻率計(jì)算對(duì)應(yīng)的水動(dòng)力特性；

49、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算模塊，用于基于所述水動(dòng)力特性將波浪載荷傳遞給結(jié)構(gòu)，計(jì)算波浪載荷下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

50、裂紋擴(kuò)展模型構(gòu)建模塊，用于截取整體結(jié)構(gòu)模型得到疲勞熱點(diǎn)處的子模型，利用整體結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)子模型進(jìn)行位移和應(yīng)力映射，構(gòu)建裂紋擴(kuò)展模型；

51、數(shù)據(jù)集構(gòu)建模塊，用于對(duì)裂紋擴(kuò)展區(qū)域多次插入裂紋，以初始裂紋位置為變量構(gòu)成裂紋擴(kuò)展的擴(kuò)展域，導(dǎo)出多次計(jì)算中的裂紋信息和所述裂紋信息對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，形成數(shù)據(jù)集；

52、模型訓(xùn)練模塊，用于對(duì)所述應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋信息和波浪頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，對(duì)多層感知器模型進(jìn)行訓(xùn)練，以得到能預(yù)測(cè)不同規(guī)則波下的應(yīng)力強(qiáng)度因子的多層感知器模型；

53、裂紋擴(kuò)展量計(jì)算模塊，用于根據(jù)預(yù)測(cè)的應(yīng)力強(qiáng)度因子構(gòu)建應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)計(jì)算裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力，基于所述裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力計(jì)算相應(yīng)的裂紋擴(kuò)展量；

54、統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)短期海況經(jīng)歷時(shí)間得到隨機(jī)海況下裂紋擴(kuò)展壽命曲線；

55、疲勞壽命獲取模塊，用于基于不同裂紋尺寸下應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物進(jìn)行疲勞壽命統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與有限元結(jié)果比較，以得到海洋結(jié)構(gòu)物對(duì)應(yīng)的疲勞壽命。

56、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如所述方法的步驟。

57、一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述方法的步驟。

58、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

59、本發(fā)明中應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)方法，通過對(duì)模型外部接觸水的殼單元賦予濕表面性質(zhì)，能精確模擬海洋結(jié)構(gòu)物與水的相互作用，結(jié)合選定浪向和波浪頻率計(jì)算水動(dòng)力特性，可充分考慮海洋環(huán)境中波浪的復(fù)雜性和隨機(jī)性，使得后續(xù)波浪載荷傳遞和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算更貼合實(shí)際，提高了疲勞壽命統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。

60、本發(fā)明中應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)方法，構(gòu)建裂紋擴(kuò)展模型，并多次插入裂紋形成擴(kuò)展域，全面考慮了裂紋生長過程；利用多層感知器模型預(yù)測(cè)應(yīng)力強(qiáng)度因子，能有效處理裂紋信息、應(yīng)力強(qiáng)度因子和波浪頻率等多源數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確捕捉它們之間的復(fù)雜關(guān)系，進(jìn)而精確計(jì)算裂紋擴(kuò)展量，為疲勞壽命統(tǒng)計(jì)提供可靠依據(jù)。

61、本發(fā)明中應(yīng)力強(qiáng)度因子傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)方法，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)的多層感知器模型進(jìn)行訓(xùn)練預(yù)測(cè)，相比傳統(tǒng)方法大大減少了計(jì)算量，縮短計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算效率；同時(shí)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與有限元結(jié)果比較，保證了結(jié)果的可靠性，使得疲勞壽命統(tǒng)計(jì)更科學(xué)、準(zhǔn)確，能更好地指導(dǎo)海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)、維護(hù)和安全評(píng)估。