【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及壽命預(yù)測領(lǐng)域，尤其涉及一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在建筑領(lǐng)域，建筑材料被廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)和外部裝飾，當(dāng)建筑材料投入使用以后，其性能隨著時(shí)間、環(huán)境和使用條件的變化而逐漸衰退，其使用壽命和性能狀態(tài)直接關(guān)系到建筑物的安全性、耐久性和使用功能。建筑材料壽命評估與預(yù)測技術(shù)旨在通過科學(xué)的手段，評估建筑材料的使用壽命并預(yù)測其未來的狀態(tài)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)材料的退化情況、為人員維護(hù)與決策提供依據(jù)，從而延長建筑材料的使用壽命、提高整體工程的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
2、然而，傳統(tǒng)的建筑材料壽命評估方法通常存在諸多不足，如評估過程繁瑣、耗時(shí)較長，且可能對建筑材料或結(jié)構(gòu)造成一定的損傷。隨著科技的發(fā)展，建筑材料生命周期預(yù)測正朝著智能化方向發(fā)展，通過集成智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析模型和算法實(shí)現(xiàn)對建筑材料健康狀態(tài)和剩余使用壽命的精準(zhǔn)高效預(yù)測。因此，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)和建筑材料科學(xué)知識，通過收集和分析建筑材料的性能參數(shù)、使用環(huán)境、歷史數(shù)據(jù)等信息，建立準(zhǔn)確的壽命預(yù)測模型，設(shè)計(jì)一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法及系統(tǒng)來克服現(xiàn)有評價(jià)模型的不足，實(shí)現(xiàn)建筑材料生命周期的高效、準(zhǔn)確和無損預(yù)測，對提高建筑運(yùn)維的經(jīng)濟(jì)性、保證建筑結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是要提供一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法及系統(tǒng)。
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的：
3、本專利技術(shù)包括以下步驟：
5、所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包含建筑材料狀態(tài)數(shù)據(jù)和環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述建筑材料狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算綜合損傷度，根據(jù)所述綜合損傷度和所述基本預(yù)測壽命確定第一預(yù)測壽命，對所述第一預(yù)測壽命進(jìn)行偏差分析獲得壽命偏差系數(shù)；
6、分析所述環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)與所述綜合損傷參數(shù)相關(guān)性確定環(huán)境指標(biāo)，篩選所述環(huán)境指標(biāo)異常值并貼標(biāo)簽，根據(jù)所述環(huán)境指標(biāo)構(gòu)建環(huán)境影響因子；
7、根據(jù)所述綜合損傷度和所述環(huán)境影響因子確定環(huán)境損傷系數(shù)，根據(jù)所述環(huán)境損傷系數(shù)確定損失壽命，根據(jù)所述第一預(yù)測壽命、所述損失壽命和所述壽命偏差系數(shù)確定第二預(yù)測壽命；
8、根據(jù)所述第二預(yù)測壽命、所述環(huán)境損傷系數(shù)、所述壽命偏差系數(shù)和所述損失壽命構(gòu)建建筑材料生命周期智能預(yù)測模型，將待預(yù)測建筑材料失效數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入所述建筑材料生命周期智能預(yù)測模型獲得預(yù)測壽命和危險(xiǎn)因子。
9、進(jìn)一步的，獲得所述建筑材料基本預(yù)測壽命的方法，包括：
10、所述失效數(shù)據(jù)由試驗(yàn)失效數(shù)據(jù)和模擬失效數(shù)據(jù)組成；
11、進(jìn)行相同配合比、施工工藝和養(yǎng)護(hù)條件下材料試件的土工試驗(yàn)，獲得材料的基本參數(shù)和試驗(yàn)失效數(shù)據(jù)；
12、根據(jù)材料的基本參數(shù)構(gòu)建材料試件有限元模型，對材料試件進(jìn)行有限元分析獲得模擬失效數(shù)據(jù)；
13、根據(jù)三參數(shù)威布爾模型對失效數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到尺度參數(shù)和形狀參數(shù)，通過三參數(shù)威布爾模型計(jì)算建筑材料的基本預(yù)測壽命，三參數(shù)威布爾模型的表達(dá)式為：
14、f(t)＝1-exp{-[λh(t-k0λ-1)]α}
15、
16、其中f(t)為三參數(shù)威布爾分布函數(shù)，f(t)為三參數(shù)威布爾密度函數(shù)，t為時(shí)間，t0＝(t-k0λ-1)為時(shí)間閾值，λ為尺度參數(shù)，k0為尺度參數(shù)與時(shí)間閾值的比例參數(shù)，β為形狀參數(shù)；
17、根據(jù)分布函數(shù)f(t)確定可靠度函數(shù)r(t)和失效函數(shù)s(t)，計(jì)算f(t)＝0.632時(shí)對應(yīng)的中位失效時(shí)間，所述中位失效時(shí)間即基本預(yù)測壽命t0。
18、進(jìn)一步的，根據(jù)所述建筑材料狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算綜合損傷度的方法，包括：
19、所述建筑材料狀態(tài)數(shù)據(jù)包括建筑材料的橫截面積和孔隙率；
20、清掃待預(yù)測建筑材料表面老化、剝落部分，測定建筑材料的橫截面積，計(jì)算剝離損傷參數(shù)，表達(dá)式為：
21、
22、其中w1為剝離損傷參數(shù)，m0為建筑材料初始質(zhì)量，s0為建筑材料初始橫截面積，ss為建筑材料剝離后橫截面積，a1、a2為質(zhì)量常數(shù)；
23、采用超聲波探測儀測定待預(yù)測建筑材料內(nèi)部孔隙率，計(jì)算彈性模量損傷參數(shù)，表達(dá)式為：
24、w2＝[e0(1-p)/(1+p)-a3]/a4
25、其中w2為彈性模量損傷參數(shù)，e0為建筑材料初始彈性模量，p為孔隙率，a3、a4為彈性模量常數(shù)；
26、根據(jù)剝離損傷參數(shù)和彈性模量損傷參數(shù)確定綜合損傷度，表達(dá)式為：
27、wa＝lg|aw12·bw22|
28、
29、其中wa為綜合損傷度，a為剝離損傷參數(shù)w1的有效損傷系數(shù)，b為彈性模量損傷參數(shù)w2的有效損傷系數(shù)。
30、進(jìn)一步的，獲得所述壽命偏差系數(shù)的方法，包括：
31、將綜合損傷度和基本預(yù)測壽命輸入第一壽命預(yù)測函數(shù)中獲得第一預(yù)測壽命，表達(dá)式為：
32、
33、其中t1為第一預(yù)測壽命，b1、b2、b3為第一壽命預(yù)測函數(shù)模型參數(shù)，由失效數(shù)據(jù)擬合獲得，wa′＝dwa/dt為綜合損傷度相對變化速率，σp為疲勞應(yīng)力強(qiáng)度峰值；
34、根據(jù)基本預(yù)測壽命和第一預(yù)測壽命建立壽命偏差場，表達(dá)式為：
35、f(m，n)＝t1(m，n)-t0(m，n)
36、其中f(m，n)為預(yù)測壽命偏差場，t1(m，n)為第一預(yù)測壽命，t0(m，n)為基本預(yù)測壽命，m為預(yù)測壽命均值也表示x方向上的編號，n為預(yù)測壽命標(biāo)準(zhǔn)差也表示y方向上的編號；
37、對壽命偏差場進(jìn)行2d-dct正項(xiàng)變換得到壽命偏差模態(tài)函數(shù)，表達(dá)式為：
38、
39、其中m為x方向上的采樣點(diǎn)總數(shù)，n為y方向上的采樣點(diǎn)總數(shù)，c(μ，v)為正交變換系數(shù)矩陣，μ、v為頻率值，c(μ)、c(v)為歸一化系數(shù)；
40、對壽命偏差模態(tài)函數(shù)進(jìn)行關(guān)鍵模態(tài)識別得到正交變換矩陣同時(shí)對將進(jìn)行dct逆變換得到重構(gòu)壽命偏差場計(jì)算相對重構(gòu)誤差得到壽命偏差系數(shù)：
41、
42、其中δ2為重構(gòu)壽命偏差場的相對重構(gòu)誤差，壽命偏差系數(shù)取δ。
43、進(jìn)一步的，根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)構(gòu)建環(huán)境影響因子的方法，包括：
44、對環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類操作獲得剝離損傷環(huán)境指標(biāo)和彈性模量損傷環(huán)境指標(biāo)，計(jì)算剝離損傷環(huán)境指標(biāo)與剝離損傷參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)，計(jì)算彈性模量損傷環(huán)境指標(biāo)與彈性模量損傷參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)，選取相關(guān)性較高的剝離損傷環(huán)境指標(biāo)和彈性模量損傷環(huán)境指標(biāo)作為主要環(huán)境指標(biāo)；
45、采用超球體分布模型對主要環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行異常篩選，將位于超球體外部的主要指標(biāo)標(biāo)記為異常數(shù)據(jù)并進(jìn)行貼標(biāo)簽操作；
46、將主要環(huán)境指標(biāo)輸入環(huán)境影響函數(shù)獲得環(huán)境影響因子，表達(dá)式為：
47、
48、其中wb為環(huán)境影本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，獲得所述建筑材料基本預(yù)測壽命的方法，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，根據(jù)所述建筑材料狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算綜合損傷度的方法，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，獲得所述壽命偏差系數(shù)的方法，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)構(gòu)建環(huán)境影響因子的方法，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，確定所述環(huán)境損傷系數(shù)、所述損失壽命和所述第二預(yù)測壽命的方法，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，獲得所述預(yù)測壽命和危險(xiǎn)因子的方法，包括：
8.一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測系統(tǒng)，用以執(zhí)行權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，獲得所述建筑材料基本預(yù)測壽命的方法，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，根據(jù)所述建筑材料狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算綜合損傷度的方法，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種建筑材料生命周期的智能預(yù)測方法，其特征在于，獲得所述壽命偏差系數(shù)的方法，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孟沖，王清勤，趙乃妮，蓋軼靜，李國柱，寇宏僑，胡安，韋笑，
申請(專利權(quán))人：中國建筑科學(xué)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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