[发明专利]一种基于ResNet的屋面钢板结构载荷评估方法

权利要求书

1.一种基于ResNet的屋面钢板结构载荷评估方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：根据屋面钢板的实际结构，进行受力分析与结构模型建立，并在Ansys有限元分析软件中建立屋面钢板结构模型；

步骤2：在Ansys有限元仿真软件中进行有限元仿真，选择载荷加载位置，并施加多次不同大小的载荷，采集载荷加载时对应的钢板结构所有有限元结构的应变，建立屋面钢板结构的载荷-应变数据库；

步骤3：选择实验时的光纤光栅布点的位置，根据实验的布点位置，清洗并筛选出仿真时对应的应变值，并进行数据预处理；

建立模型的训练集、验证集和测试集；

步骤4：使用训练集训练ResNet34模型，将二维的网络修改为一维网络，输入维度改为应变总数；

步骤5：使用测试集测试训练好的ResNet34的性能，然后将模型用于屋面钢板结构的载荷评估，并输出平均相对误差。

2.根据权利要求1所述的一种基于ResNet的屋面钢板结构载荷评估方法，其特征在于，所述步骤2中，对屋面钢板结构的有限元分析，其具体步骤如下：

步骤21：采用Solidworks对屋面钢板模型建模，钢板模型的尺寸为1000mm×600mm×5mm，在Mechanical APDL 19.0中进行有限元分析；

固定部分选择钢板模型的一端，固定的面积大小为300mm×600mm，上下面同时固定；

选择的材料为不锈钢，弹性模量为7.2×10¹⁰Pa，泊松比为0.33，有限元划分网格的大小为5mm×1mm；

在Ansys软件中最多可以施加2898次载荷，每次加载的数据包含三个dat文件；

三个dat文件分别保存所有有限元块的x，y，z方向上的分应变值与总的相对应变值；x，y，z方向上分力的大小和总应力值；施加载荷的大小和施加载荷的位置；

载荷的范围为N[100,1000]。

3.根据权利要求1所述的一种基于ResNet的屋面钢板结构载荷评估方法，其特征在于，所述步骤3中，对数据清洗与预处理部分，其具体步骤如下：

步骤31：根据实验的光纤光栅的位置、坐标值，筛选在仿真条件下270条应变值，剔除其他有限元部分的应变；

由于清洗后的数据范围差距过大，因此，对数据的应变值进行Z-score标准化处理，对载荷值进行归一化处理；

标准化的公式如下：

上式中，μ为均值，σ为标准差；

标准差的计算公式如下：

载荷的归一化的公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于ResNet的屋面钢板结构载荷评估方法，其特征在于，所述步骤4中，对ResNet34的模型训练与修改，ResNet34由1×7的卷积，4个layer组成，每个layer中包含多个Residual Block；下采样使用Conv-Downsampling下采样，具体步骤如下：

步骤41：输入ResNet34的应变数据首先通过一个大小为1×7，步长为2的卷积核，进行数据的初步提取；然后通过大小为1×3，步长为2的卷积核完成下采样；

卷积下采样的公式如下：

上式中，conv_out为下采样的输出维度，n为卷积的输入维度；

由于是一维卷积，所以卷积输入的另一个维度为1；

表示向上取整，3为卷积核的大小，2为卷积核的步长；

公式的来源为卷积输出维度的计算；

如果输入的维度n为偶数，设为2m，公式右侧变为向上取整后变为m-1+1，卷积后的结果为m，与下采样的结果相同；

如果输入的维度n为奇数，设为2m+1，则公式的右侧变为取整后为m-1+1，卷积后的结果仍为m，与下采样的结果相同。