[发明专利]基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统

说明书

本发明公开了基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统，其中方法包括：根据水下工程结构的设计方案和实际工况，建立有限元主模型；基于有限元主模型，对水下工程结构进行评估预警，如果评估的结构性能不达标，就发出告警信息，跳转到维修步骤；如果结构性能达标，就根据评估结果生成检测点阵；基于检测点阵，进行水下工程结构的流场检测和结构检测，得到检测数据集；根据检测数据集，对有限元主模型进行更新，重新对水下工程结构进行评估预警。提出了一种建立水下工程结构数字孪生体的方法，基于无人潜航器进行流场的数据采集和结构的无损检测，构建了以有限元主模型为核心的数字孪生系统，实现水下结构性能的监控、评估及预警。

技术领域

本发明涉及水下探测技术领域，特别是涉及基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

水下工程结构广泛应用于内河及海洋水域。由于工作环境复杂，日益大型化、复杂化的水下工程结构不仅建设成本高，而且不易监控、不易维护，因此准确地检测、评估其性能显得尤为重要。通过对结构进行健康检测和损伤诊断，可以对其可能发生的破坏进行预警，以便提前进行维修加固，从而避免可能造成的经济损失及人员伤亡。

常规的监控手段往往是在结构表面部署传感器，然而传感器一旦部署，无法移动位置，因此难以对结构工作过程中发生的性能变化进行跟踪监测。

通过无人潜航器，可以对水下工程结构进行全面检测，也可以对焊缝等区域进行局部重点检测。检测得到的数据不能直接用于结构的性能评估及损伤诊断。通过常规的统计方法或机器学习方法建立数学模型缺乏力学原理的支撑，难以精确还原结构的性能变化，其精度与可解释性都难以满足要求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统；本发明提出了一种建立水下工程结构数字孪生体的方法，基于无人潜航器进行流场的数据采集和结构的无损检测，构建了以有限元主模型为核心的数字孪生系统，实现水下结构性能的监控、评估及预警。

第一方面，本发明提供了基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法；

基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法，包括：

根据水下工程结构的设计方案和实际工况，建立有限元主模型；

基于有限元主模型，对水下工程结构进行评估预警，如果评估的结构性能不达标，就发出告警信息，跳转到维修步骤；如果结构性能达标，就根据评估结果生成检测点阵；

基于检测点阵，进行水下工程结构的流场检测和结构检测，得到检测数据集；

根据检测数据集，对有限元主模型进行更新，重新对水下工程结构进行评估预警。

进一步地，所述基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法，还包括：

接收针对告警信息所提交的若干个备选维修方案；

根据每个备选维修方案，在有限元主模型的基础上，生成有限元副模型；同理，得到若干个有限元副模型；

对所有的有限元副模型进行计算比对，遴选出最优有限元副模型；按照最优有限元副模型进行水下工程结构的维修；

维修完成后，利用最优有限元副模型替换有限元主模型，跳转到S102继续执行。

第二方面，本发明提供了基于数字孪生的水下工程结构智能检测装置；

基于数字孪生的水下工程结构智能检测装置，包括：

模型建立模块，其被配置为：根据水下工程结构的设计方案和实际工况，建立有限元主模型；