基于统计有限元方法的自感知结构数字孪生
数值分析
2022-07-29 v4 数值分析
摘要
利用传感器网络对基础设施资产进行监测正变得日益普遍。以有限元模型形式存在的数字孪生（如设计和施工中使用的模型）有助于理解所收集的大量传感器数据。本文展示了统计有限元方法（statFEM）的应用，该方法为综合数据与基于物理的模型提供了一致且原则性的手段，用于开发自感知结构的数字孪生。作为一个案例研究，考虑了一座位于英国斯塔福德郡附近西海岸主干线上的、长27.34 m的仪器化钢铁路桥。利用沿桥梁上部结构108个位置处光纤布拉格光栅（FBG）传感器捕获的应变数据，statFEM能够在考虑传感器读数、施加荷载和有限元模型设定误差中的不确定性的同时，预测“真实”系统响应。在一列客运列车通过期间，沿两根主工字梁的纵向应变分布既被测量也被建模。该数字孪生因其基于物理的组件，能够在无测量数据可用的位置生成合理的应变分布预测，包括主工字梁上的若干点以及甚至未安装传感器的结构构件上。对长期结构健康监测和评估的意义包括优化传感器布置，以及在无测量数据可用的位置和荷载情景下执行更可靠的假设分析。
引用
@article{arxiv.2103.13729,
title = {Digital twinning of self-sensing structures using the statistical finite element method},
author = {Eky Febrianto and Liam Butler and Mark Girolami and Fehmi Cirak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.13729},
year = {2022}
}