[发明专利]一种航空装备可靠性仿真数字孪生模型构建方法、设备、介质

说明书

本发明提出了一种航空装备可靠性仿真数字孪生模型构建方法、设备、介质，所述方法包括：仿真试验模型参数化求解，基于数据驱动方法的模型降阶与数字孪生实时仿真模型构建。该方法涵盖了完整的数字孪生模型构建过程，涉及参数化仿真试验、分析参数敏感度、基于数据驱动方法构建降阶模型和构建统一仿真框架下的数字孪生模型，有望应用于航空装备仿真试验的结构数字孪生模型构建中。

技术领域

本发明属于结构可靠性分析、结构降阶仿真领域，具体涉及一种航空装备可靠性仿真数字孪生模型构建方法、设备、介质。

背景技术

随着科学技术和制造水平的不断进步，航空、航天、电子、机械等领域的典型产品的结构和功能的复杂程度的不断提高。另一方面，产品服役环境日益复杂多变，服役时间越来越长，服役期间产品的可靠性问题和环境适应性问题日益凸显。然而，由于产品复杂程度、质量和寿命的提升，开展实物试验的成本增高，效率降低，试验环境和试验评估结果的精度愈加难以保证，开展可靠性与环境适应性仿真试验十分必要。对可靠性与环境适应性试验来说，数字孪生技术可以实现仿真试验过程与实物试验过程实时对比，从而可以实现仿真模型参数基于实物试验结果实时修正，从而大幅提高仿真试验结果的准确性和可信度。

数字孪生体的一个基本属性是对物理实体的精准映射，这要求数字孪生体应可如实反映物理实体的各种行为。基于数字孪生的可靠性与环境适应性仿真试验需要依据实测的载荷，快速计算出整体结构各部位响应，从而得到各部位可靠性。然而，现有的分析主要通过详细的有限元仿真进行，这种方法对仿真资源和计算时间的需求较大，难以满足数字孪生实时性的要求，同时也不满足可靠性与环境适应性仿真试验反复调用模型进行计算的实时性要求；另一方面，传统可靠性分析方法重点关注整体和少数关键部位的可靠性，无法得到整个结构详细的响应分布。

可使用降阶模型解决上述问题，降阶模型是对高保真度模型的简化，在保留关键信息和主要影响的同时可以大幅减少计算时间和存储需求。改变关注的参数，进行参数化CAE分析，以此为基础建立降阶模型，完成由参数到结构响应的快速计算。然而，可靠性与环境适应性仿真试验中需要考虑物理实体的多种失效模式，数字孪生体追求对物理实体的完整映射，因此涉及到物理实体的多个方面，跨越多个学科领域。可使用多学科系统仿真建模技术解决这一问题，将多学科多领域的模型统一在一个仿真框架内进行处理，从而可以如实地反映物理实体地多个方面。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种航空装备可靠性仿真数字孪生模型构建方法、设备、介质，所述方法包括：仿真试验模型参数化求解，基于数据驱动方法的模型降阶与数字孪生实时仿真模型构建。该方法涵盖了完整的数字孪生模型构建过程，涉及参数化仿真试验、分析参数敏感度、基于数据驱动方法构建降阶模型和构建统一仿真框架下的数字孪生模型，有望应用于航空装备仿真试验的结构数字孪生模型构建中。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种航空装备可靠性仿真数字孪生模型构建方法，包括如下步骤：

步骤1、进行参数化建模仿真；

步骤2、分析参数敏感度；

步骤3、基于数据驱动方法构建降阶模型；

步骤4、构建统一仿真框架下的数字孪生模型；

步骤5、进行集成仿真。

进一步地，所述步骤1中，在离线阶段构建模型仿真数据库，所述数据通过物理实体的数字模型开展虚拟仿真得到；通过改变所关注的参数的数值进行参数化求解，得到参数化的模型仿真数据库；所述所关注的参数包括材料属性、边界条件等。

进一步地，所述步骤2包括：

基于步骤1得到的模型仿真数据库的仿真数据，使用敏感度分析方法，分析所关注的各个参数对结果影响的大小，将影响较大的参数(如极差最大的若干个参数)用于步骤3的模型构建。