基于模型降阶和数字孪生的臂架动态性能显示方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115641420A(43)申请公布日2023.01.24(21)申请号202211337094.2G06F119/14(2020.01)(22)申请日2022.10.28(71)申请人中国铁建重工集团股份有限公司地址410100湖南省长沙市长沙经济技术开发区东七线88号(72)发明人刘飞香廖金军龚敏蒋海华于钟博吴鑫(74)专利代理机构长沙七源专利代理事务所(普通合伙)43214专利代理师张勇邹琦(51)Int.Cl.G06T17/20(2006.01)G06T15/00(2011.01)G06T19/20(2011.01)G06F30/23(2020.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称基于模型降阶和数字孪生的臂架动态性能显示方法(57)摘要本发明提供了一种基于模型降阶和数字孪生的臂架动态性能显示方法，包括：根据臂架的三维模型构建有限元网格模型，提取有限元网格模型的特征信息并重构有限元网格模型；构建动态参数与降阶的低维数据特征的代理模型，通过代理模型计算有限元网格模型所有节点预测应力值；获取在有限元网格模型中不同部件的运动基点，建立有限元网格模型在VTK模块内的空间运动功能模块；基于VTK模块将应力值赋予节点颜色渲染值并实时更新至有限元网格模型；将经过处理的有限元网格模型通过系统发布。本发明提供的臂架动态性能显示方法能够直观的展示臂架所受最大应力、应力集中的部分，实现动态、快速、高效的臂架结构设计。CN115641420ACN115641420A权利要求书1/1页1.基于模型降阶和数字孪生的臂架动态性能显示方法，其特征在于，包括：S1：根据臂架的三维模型构建有限元网格模型，提取有限元网格模型的特征信息并重构有限元网格模型；S2：构建动态参数与降阶的低维数据特征的代理模型，通过代理模型计算有限元网格模型所有节点预测应力值；S3：获取在有限元网格模型中不同部件的运动基点，建立有限元网格模型在VTK模块内的空间运动功能模块；S4：基于VTK模块将应力值赋予节点颜色渲染值并实时更新至有限元网格模型；将经过处理的有限元网格模型通过系统发布，实现臂架动态性能显示。2.根据权利要求1所述的臂架动态性能显示方法，其特征在于，所述有限元网格模型的特征信息包括节点坐标信息、单元编号信息及所包含节点编号信息。3.根据权利要去2所述的臂架动态性能显示方法，其特征在于，重构有限元网格模型包括：通过VTK模块中的面片函数，基于提取的有限元网格模型中的有限元模型单元对应节点编号信息及节点坐标信息，实现有限元模型单元从点到面到体的重构，并将提取的单个有限元模型单元按照提取出的单元编号信息进行顺序重构。4.根据权利要求1所述的臂架动态性能显示方法，其特征在于，所述代理模型构建步骤包括：获取多组仿真样本数据，选取动态参数值域区间内的样本数据点作为输入的动态参数，通过有限元分析软件计算出有限元网格模型在样本点处对应的应力值，并将应力值进行降阶处理得到代理模型输出的样本低维数据特征，通过插值方法构建动态参数与降阶的低维数据特征的代理模型。5.根据权利要求4所述的臂架动态性能显示方法，其特征在于，所述应力值降阶处理具体是通过本征正交分解方法对应力值进行降阶。6.根据权利要求4所述的臂架动态性能显示方法，其特征在于，所述空间运动功能模块构建具体包括：选择一组仿真样本数据作为有限元网格模型的初始工况，并设定其初始位姿状态；获取在有限元网格模型中不同部件的运动基点；建立动态参数对应于部件节点的运动关系式，编写有限元网格模型部件基于运动的单元以及节点空间坐标变化的脚本程序，得到空间运动功能模块。7.根据权利要求6所述的臂架动态性能显示方法，其特征在于，所述运动基点包括有限元网格模型部件及其坐标位置。8.根据权利要求7所述的臂架动态性能显示方法，其特征在于，所述步骤S4具体如下：基于VTK模块的颜色渲染映射机制，将应力值大小等效转换成RBG色彩模式数据，赋予代表有限元网格模型节点应力值的节点颜色，由VTK模块的插值方法完成从点到线、线到面的应力颜色渲染映射并实时更新至有限元网格模型中；将经过处理的有限元网格模型通过系统发布，实现臂架动态性能显示。2CN115641420A说明书1/6页基于模型降阶和数字孪生的臂架动态性能显示方法技术领域[0001]本发明涉及数字孪生技术领域，具体涉及基于模型降阶和数字孪生的臂架动态性能显示方法。背景技术[0002]凿岩台车是一种隧道及地下工程采用钻爆法施工的凿岩设备，能移动并支持多台凿岩机同时进行钻眼作业，凿岩机固定在台车臂架的外端，作业时需要依赖臂架完成旋转、平移等动作。在凿岩台车数字孪生技术的发展过程中，实际台车装备运行与虚拟台车装备的“虚实同步”技术被广泛