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专利号: 2024117345991
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:根据真实对象结构的几何特征和材料参数,建立数值计算模型;

S2:在数值计算模型中,添加裂纹源,并设置裂纹的尺寸、位置和类型;

S3:在数值计算模型中,添加计算结果输出位置,输出位置分别对应真实对象结构中传感器的布置位置;

S4:使用数值计算模型,计算裂纹滑移/扩展激发的弹性波场,输出S3设定位置处的弹性波时域信号曲线,拾取各个位置处信号曲线的幅值,所述拾取各个位置处信号曲线的幅值,具体包括:使用数值方法计算信号输出位置处,沿传感器敏感方向的位移曲线;

根据位移曲线数据的切线斜率提取信号的位移幅值;

将所有信号输出位移处的位移幅值,按照顺序排列成列向量;

根据设定的裂纹滑移向量和法向向量计算裂纹的等效矩张量,分解矩张量获得各向同性成分、双力偶成分和补充线性向量偶极子成分的占比,将三个占比组成列向量,该占比列向量为裂纹类型特征参数;

将位移幅值列向量和矩张量三种基本成分占比组合在一起,组成训练数据对,其中,位移幅值列向量是模型输入参数,矩张量三种基本成分占比是模型输出参数;

S5:重复步骤S2‑S4,随机改变裂纹的类型,保持其他参数不变,计算不同裂纹类型对应的信号幅值,建立裂纹类型特征参数‑信号幅值的数据集;

S6:设计输入层、中间层和输出层的神经元数量;

S7:将S5获得的裂纹类型‑信号幅值数据集划分为训练、测试和验证数据集,训练神经网络模型;

S8:评估训练结果,获得裂纹滑移类型识别模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述建立数值计算模型,具体为:测量真实对象结构的几何形状和尺寸,建立数值计算模型;

对模型进行优化,删除结构上不影响弹性波传播的次要结构;

对结构上的装饰和保型结构进行删除;

获得对象结构的材料参数,并将参数赋予对应的数值计算模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述添加裂纹源,具体包括如下步骤:根据真实对象结构的应力应变分布特征,确定裂纹发生的可能位置;

裂纹的滑移类型通过随机选取裂纹面滑移向量和法向向量确定;

裂纹尺寸根据测试对象的初始裂纹特性选择一个常值。

4.根据权利要求3所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述添加计算结果输出位置,具体为:根据真实对象结构上传感器的位置,为数值模型设定信号输出位置,输出位置与传感器位置完全相同;

根据真实对象结构上传感器的敏感方向,设定输出的位移分量。

5.根据权利要求1所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述建立裂纹类型特征参数‑信号幅值的数据集,具体包括:随机选设定裂纹面滑移向量和法向向量;存储每一组位移幅值列向量‑占比列向量数据对,组成数据集。

6.根据权利要求5所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述输入层、中间层和输出层的神经元数量基于前馈神经网络模型设计。

7.根据权利要求6所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述设计输入层、中间层和输出层的神经元数量,具体包括:使用双层前馈神经网络,根据传感器数量设计输入层神经元数量,输出层神经元数量与传感器数量/信号输出位置数量相等;

对于双层前馈神经网络,隐含层包含的神经元数量不少于3个;

对于双层前馈神经网络,分别输出裂纹矩张量分解的各向同性、双力偶和补充线性向量偶极子成分的占比,依次对应占比列向量的三个元素。

8.根据权利要求7所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述训练神经网络模型;具体为:将位移幅值列向量‑矩张量分解基本成分占比列向量数据集按照比例分为训练数据集、测试数据集和验证数据集;

使用训练数据集训练前馈神经网络;

使用测试数据集测试训练得到的前馈神经网络的性能,使用验证数据集验证神经网络的性能。

9.根据权利要求8所述的一种基于神经网络和预训练原理的裂纹滑移类型识别方法,其特征在于,所述评估训练结果,具体为:分析训练、测试和验证过程中的数据相关系数R值;

若模型预测精度符合要求,则输出模型参数并获得可用的预测模型;若模型预测精度不符合要求,则返回步骤S6,通过修改中间层的神经单元数量,对神经网络模型进行训练、测试和评估,并分析预测精度。