(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110503059.2 (22)申请日 2021.05.08 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113221271 A (43)申请公布日 2021.08.0 6 (73)专利权人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 严如强　庞丁　杨来浩　杨志勃　 陈雪峰　孙瑜　田绍华　 (74)专利代理 机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 专利代理师 覃婧婵 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 7/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 106897717 A,2017.0 6.27 CN 110442980 A,2019.1 1.12 CN 112100874 A,2020.12.18 CN 112507452 A,2021.0 3.16 US 2020272139 A1,2020.08.27 WO 2020016317 A1,2020.01.23 WO 2019201176 A1,2019.10.24 US 2020159879 A1,2020.0 5.21 吴琪强等.基 于固有频率的风力机叶片裂纹 精确定位与程度识别. 《振动与 冲击》 .2019,(第 24期),23 -32. 李鹏等.美国空军机 体数字孪生计划的回顾 与启示. 《航空科 学技术》 .2020,(第09期),1-10. 董雷霆等.飞机结构数字 孪生关键建模仿真 技术. 《航空学报》 .2021,第42卷(第3期), 023981-1—023981-2 9. 审查员 王茜 (54)发明名称 数字孪生驱动 的航空发动机旋转叶片裂纹 定量识别方法 (57)摘要 本发明公开了一种数字孪生驱动 的航空发 动机旋转叶片裂纹定量识别方法， 方法中， 建立 三维叶片 模型， 使用有限元方法计算模型旋转状 态下的各阶固有频率并提取该模型的广义刚度 矩阵， 通过叶端定时技术获取叶片实体旋转状态 下的各阶固有频率。 划分有限元模型网格区域， 并设置初始参数。 以有限元模型材料杨氏模量的 刚度折减系数作为待解的损伤参数， 分别估算、 计算损伤参数的似然函数、 组稀疏先验分布， 进 而计算其后验概率分布； 使用EM算法估算贝叶斯 概率框架隐含的超参数并最大化后验概率分布， 多次迭代直至得到可使叶片模型固有频率与叶 片实体固有频率接近且满足实际情况的损伤参数的数值解， 实现旋转叶片裂纹损伤的定量识 别。 权利要求书4页 说明书11页 附图1页 CN 113221271 B 2022.10.28 CN 113221271 B 1.一种数字孪生驱动的航空发动机旋转叶片裂纹定量识别方法， 其特征在于， 所述方 法包括以下步骤： 步骤S1： 建立待识别的旋转叶片实体对应的无损伤三维叶片模型， 使用有限元方法计 算所述模型旋转状态下的各阶固有频率λe， 测量并根据测得的无损伤旋转叶片实体的固有 频率 λm对所述模型进行修 正并得到基准模型， 修 正准则为： 其中， D为旋转叶片的设计参数， 其包括材料密度ρ 、 泊松比v、 各单元弹性模量Ei以及叶片形状参数， 使用响应曲面设计方法构建旋转叶片的设计参数D 与固有频率 λe间的关系， 计算使所述 修正准则最小的设计参数， 即得到基准模型； 步骤S2： 划分网格区域并预设相 关参数： 将网格单元划分为独立的g个区域， 并分别设 置参数η， θi， γi， Bi的初始值， 其中， 参数η反映测 量所述固有频率λm时产生的误差， 所述误 差服从多元高斯分布N(0， ηI)， I表示单位矩阵； 参数θi为各单元刚度折减系数以反映因裂 纹产生而导致该单元刚度下降的程度， 设定第i个区域的刚度折减系数向量θi服从多元高 斯分布N(0， γiBi)； 参数γi用于控制组间裂纹稀疏程度； Bi用于控制组内刚度折减系数的 关系， 其使用托普利兹矩阵形式： 步骤S3： 求 解当前条件下的所述固有频率关于参数θ 的灵敏度矩阵S： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 113221271 B 2其中， φj为旋转叶片模型第j阶质量归一化模态振型， 为广义刚度矩阵， 上标T表示 向量或矩阵转置； 步骤S4： 基于贝叶斯理论构建损伤参数贝叶斯 概率框架并求 解损伤参数： 其中， Δλ＝λm‑λe， θr表示基于本次迭代 所计算的损伤参数值， c‑1为常数， 损伤参数的似 然函数p(Δ λ| θr， η )和先验分布 分别为： p(Δ λ| θr， η )～N(S θr， ηI)， 其中， ∑0为： 由此， 损伤参数的后验概率密度函数服从高斯分布， 其中， 均值向量 μ＝∑0ST( ηI+S∑0ST)‑1Δλ， 方差矩阵 使用遗传算 法最大化 解得本次迭代的θr， 或直接求取数值解θr←∑0ST ( λI+S∑0ST)‑1Δ λ， 进而计算θ ＝θr(1+θ(‑1))+θ(‑1)， 其中， 1表示元素全 部为1的列向量， θ(‑1)表 示上一次迭代计算得到的损伤参数； 步骤S5： 评估 迭代计算效果是否满足要求， 判断标准如下： 若满足上述要求， 则停止计算， 输出参数θ， 根据参数θ 的索引及数值实现对裂纹的定位 与量化， 若不满足， 则跳转至步骤S6继续进行迭代计算；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 113221271 B 3