(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211006182.4 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 中国电子科技 集团公司第十四研究 所 地址 210039 江苏省南京市雨 花台区国睿 路8号 (72)发明人 胡展　胡长明　张轶群　刘营　 (74)专利代理 机构 北京铸成博信知识产权代理 事务所(普通 合伙) 16016 专利代理师 王庆庆 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生的雷达结构变形与应力 实时预测方法 (57)摘要 考虑到雷达装 备实际的结构外形、 机构运动 以及传感器、 数采硬件成本等限制， 常规应力测 量的应力测点数量难以增加， 并且 许多较大应力 区域无法直接布置， 因此预测全场应力存在较大 误差。 本发 明提出了一种基于数字孪生的雷达结 构变形与应力实时预测方法， 旨在利用传力路径 上有限的应变传感器布置， 实现雷达整机承力结 构全局变形场与应变分布场的准确预测， 能以便 捷的应变传感器布置、 较小的数据采集硬件成 本， 实现在温度、 重力、 风载等各种复杂载荷下雷 达整机承力结构健康状态监测， 为雷达装备运行 维护提供 可靠保障。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 115525989 A 2022.12.27 CN 115525989 A 1.一种基于数字孪生的雷达结构变形与应力实时预测方法， 其特征在于： 包括载荷识 别、 降阶模型生成和数字 孪生体模型部署三个步骤； 1)载荷识别 基于雷达 阵面、 天线座和平台三个分析对象， 首先选定测量对象为在整机结构传力路 径上且各载荷分量明确清晰的结构件， 对结构件建立有限元模型并进行单位载荷仿真分 析， 计算、 优化应变片布置位置， 然后在分析对象实物上相应位置安装应变传感器， 并记录 实际承载工况 下的测量信号， 最后进行 载荷识别获得测量信号对应的载荷数据； 2)降阶模型 降阶模型包括两个部分， 一是利用测量对象实测应变数据和经True ‑Load软件辨识得 到的载荷数据， 通过响应面方法直接建立载荷识别降阶模型； 二是利用分析对 象的精准有 限元模型以各载荷分量作为输入变量， 以变形场及应力场作为输出变量， 进行试验设计计 算， 形成足够数量的训练样 本数据， 采用奇异 值分解法对包括三 维的变形、 应力的场类型数 据进行线性分析， 实现数据的压缩， 然后利用响应面方法建立应力/变形场降阶模型， 从而 形成物理场的实时或准实时计算； 3)数字孪生模型部署 首先依据载荷传递关系， 利用载荷识别降阶模型及应力/变形场降阶模型搭建数字孪 生体模型， 然后进行封装并导出tw in文件， 最后生成可 执行SDK文件夹 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115525989 A 2一种基于数字孪生的雷达结构变形与应力实时预测方 法 技术领域 [0001]本发明属于雷达结构领域， 尤其涉及一种基于数字孪生的雷达结构变形与应力实 时预测方法。 背景技术 [0002]地面机动雷达装备是高精度、 高集成的复杂机电产品， 其结构组成通常可以划分 为天线阵面、 天线座和载车平台三个部分。 雷达工作环境恶劣， 温度、 重力、 风载、 转动惯性 载荷引起的结构变形及应力直接影响着雷达电讯性能和设备健康状态。 因此， 针对雷达各 承力结构实施变形和应力实时监测具有十分重要的意 义。 [0003]常规应力测量方法是直接在各承力结构的局部位置布置应力传感器， 通过实测结 果的插值计算获取全局应力场， 该方法需要通过增加测点数量来提升应力插值的准确度。 考虑到雷达装备实际的结构 外形、 机构运动以及传感器、 数采硬件成本等限制， 应力测点数 量难以增加， 并且许多较大应力区域无法直接布置， 因此该方法预测全场应力存在较大误 差。 [0004]另一方面， 基于精准有限元模型的变形和应力分析是目前复杂装备的结构健康评 估的一个重要手段， 但是仿真分析中外载荷输入难以直接测量， 通常依靠经验、 规范设定， 与实际工况存在很大差异， 载荷的不 准确因素直接影响到结构变形与应力场分布。 发明内容 [0005]为克服现有技术中的不足， 本发明提出了一种基于数字孪生的雷达结构变形与应 力实时预测方法， 以解决雷达整机在 复杂工况下承力结构全局变形与应力实时预测问题。 该方法依据载荷传递特性对雷达阵面 ‑天线座、 天线座 ‑平台之间的连接机构进 行基于实测 应变的载荷识别， 将识别的载荷输入到阵面、 天线座、 平台结构的精准有限元模型进行变 形、 应力仿真计算。 为保证实时性， 该方法构建了雷达结构数字孪生体， 实现了通过有限实 测应变数据实时预测雷达结构全局变形与应力场。 该方法有准确性高、 实时性 强、 实现成本 较低、 容易部署实施等特点， 适 合在雷达装备 结构健康监测领域推广使用。 [0006]基于数字孪生的雷达结构变形与应力实时预测方法(以下简称为方法)总体架构 如图1所示， 以有限的实测应变为输入， 通过载荷识别、 力学仿 真两个降阶模型联合计算， 得 到实时的全场变形和应力输出。 该方法的具体实施技术流程如图2所示， 主要由载荷识别、 降阶模型和数字 孪生体模型部署三个部分组成。 [0007]1)载荷识别过程， 即从应变辨识载荷模型， 是力学分析的反过程。 首先选定测量对 象， 要求在整机结构传力路径上且各载荷分量明确清晰的结构件， 如各连杆机构的， 对测量 对象建立有限元模型并进 行单位载荷仿 真分析， 计算、 优化应变片布置位置， 然后在分析对 象实物上安装的应变传感器， 并记录实际承载工况下 的测量信号， 最后进行载荷识别获得 测量信号对应的载荷数据。 各连杆机构的载荷识别采用Tru e‑Load软件来实现， 工作理论以 载荷、 变形、 应变之间的线性关系为基础， 根据有限元模型中单位载荷的分析结果， 规划应说　明　书 1/4 页 3 CN 115525989 A 3