[发明专利]一种基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法

权利要求书

1.一种基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)在望远镜运行过程中，通过布置在2225个促动器上的磁致伸缩传感器采集所述促动器的实时行程，通过反射面控制系统获得当前时刻故障促动器的编号以及当前环境温度数据，实时输入到FAST望远镜反射面结构整体有限元模型中；

2)通过有限元计算，输出FAST望远镜反射面索网结构中面索和下拉索的应力，将各根索的应力，按照时间顺序存入数据库；

3)选择望远镜空闲时间，将FAST索网张拉到基本球面状态，采用现场的测控系统，测量反射面结构中圈梁耳板销孔位置、下拉索两端节点位置以及边缘面索索力信息；

4)通过耳板销孔位置、下拉索两端节点位置数据以及边缘索索力的测量数据，修正FAST望远镜反射面整体有限元模型，将修正后的望远镜反射面作为新的数字模型使用；

5)采用雨流法统计各根索截止当前时刻的应力-时间历程，形成各根索截止当前时刻的应力谱；

6)通过试验获取索网结构面索及下拉索的S-N曲线；

7)采用Miner线性累计损伤定律，计算得到各根索的疲劳损伤度；

8)根据计算结果给出预警信息，分别列出计算疲劳损伤度大于70％和大于80％的索的编号。

2.根据权利要求1所述的基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，步骤1)中读取所述磁致伸缩传感器的数据并输入所述FAST望远镜反射面结构整体有限元模型的频率为0.01HZ。

3.根据权利要求1所述的基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，步骤1)中所述FAST望远镜反射面结构整体有限元模型采用ANSYS有限元软件，模型包括圈梁、圈梁支撑格构柱、面索以及下拉索；其中，所述圈梁、圈梁支撑格构柱采用BEAM44单元模拟，所述面索及下拉索采用LINK10单元模拟。

4.根据权利要求1所述的基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，步骤2)中采用ANSYS有限元软件进行有限元计算，并将计算得到的FAST望远镜的8875根面索和下拉索的编号和应力，按照时间顺序，依次存入数据库中。

5.根据权利要求1所述的基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，步骤3)选择FAST望远镜的空闲时间，利用FAST的测量系统，每三个月测量一次反射面结构中圈梁耳板销孔位置、下拉索两端节点位置信息；同时，通过磁通量传感器采集系统采集150根边缘面索的索力信息。

6.根据权利要求1所述的基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，步骤4)中FAST望远镜反射面整体有限元模型的修正方法是：依据位置测量信息修改数字模型中相应节点的位置后，对索网结构进行球面找形；然后，根据边缘150根面索索力的测量值与找形后模型的有限元计算值之差，修改边缘索的初应变；再次对索网结构进行的球面找形，并对比边缘索索力有限元计算值与实测值的误差，修改边缘索的初应变；如此反复迭代，直到边缘索索力的有限元计算值与实测值误差满足要求，最终完成FAST望远镜反射面整体有限元模型的修正。

7.根据权利要求1所述的基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，步骤5)中选择在望远镜空闲时间，通过雨流法每个月统计一次存储在数据库内的所有数据，得到各根索截止当前时刻的应力-时间历程，形成各根索截止当前时刻的应力谱；同时将数据库中满足计数条件，已计入应力谱的点删除。

8.根据权利要求1所述的基于数字双胞胎技术的望远镜反射面结构疲劳寿命监测方法，其特征在于，步骤7)中采用Miner线性累计损伤定律，计算得到各根索的疲劳损伤度；其具体方法如下：

假设某根索在某应力幅水平Δδ_i作用n_i次循环，由S-N曲线计算得Δδ_i对应得疲劳寿命为N_i，则Δδ_i应力幅所占损伤度为n_i/N_i，对统计应力谱内所有应力幅均做类似的损伤计算，则得：

则F即为该索截止目前的累计疲劳损伤度，F＝1时，即认为该根索发生疲劳破坏。