本發(fā)明涉及檢測(cè)，更具體地說(shuō)是一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法。

背景技術(shù)：

1、在工業(yè)生產(chǎn)中，殘余應(yīng)力被認(rèn)為是導(dǎo)致工件變形的最主要的因素，會(huì)影響到工件產(chǎn)品使用壽命、材料性能。pbx(高聚物粘結(jié)炸藥)材料作為一種熱壓成型的高填充類(lèi)復(fù)合材料，熱壓導(dǎo)致pbx內(nèi)部晶體的相互作用使得pbx內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的殘余應(yīng)力。內(nèi)部殘余應(yīng)力對(duì)材料力學(xué)性能及其破壞行為等均有顯著影響。因此，了解pbx材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的精確分布對(duì)于改善材料力學(xué)性能、優(yōu)化材料生產(chǎn)配方有著十分重要的作用。

2、目前，現(xiàn)有的殘余應(yīng)力測(cè)試方法雖然能夠在一定程度上測(cè)量材料局部殘余應(yīng)力，但在測(cè)量數(shù)據(jù)維度上存在不足，難以獲取材料內(nèi)部的三維殘余應(yīng)力分布。例如，x射線衍射法主要測(cè)量表面應(yīng)力，深度有限；孔鉆法和盲孔法雖然可以測(cè)量一定深度的殘余應(yīng)力，但數(shù)據(jù)維度單一，難以全面反映復(fù)雜內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)。此外，這些方法的實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)且對(duì)樣品具有一定的破壞性，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的普遍性和有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)殘余應(yīng)力方法在獲取數(shù)據(jù)維度單一方面存在的不足，提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，通過(guò)光纖收集剝層去除材料產(chǎn)生的應(yīng)變信號(hào)，利用深度學(xué)習(xí)獲取殘余應(yīng)力分布特征，反推初始的殘余應(yīng)力三維分布情況。

2、本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例的一個(gè)方面提供一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，包括：

3、建立各個(gè)溫度函數(shù)下剝層應(yīng)變的數(shù)據(jù)集；

4、構(gòu)建形成適用于炸藥圓柱件的全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型；

5、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型，輸出實(shí)驗(yàn)樣品的殘余應(yīng)力三維殘余應(yīng)力分布。

6、在一些實(shí)施例中，所述建立各個(gè)溫度函數(shù)下剝層應(yīng)變的數(shù)據(jù)集，包括：基于殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行有限元模擬，根據(jù)降溫過(guò)程中最大熱通量的分布情況，建立溫度分布函數(shù)；將獲得的溫度分布函數(shù)，輸入有限元模型，并對(duì)圓柱形樣品進(jìn)行剝層實(shí)驗(yàn)，獲取包含不同溫度函數(shù)參數(shù)與其剝層應(yīng)變，建立各個(gè)溫度函數(shù)下剝層應(yīng)變的數(shù)據(jù)集。

7、在一些實(shí)施例中，所述有限元模型的建立：通過(guò)有限元分析軟件構(gòu)建樣品的幾何模型，并根據(jù)樣品的殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理，模擬其殘余應(yīng)力的基本分布特征。

8、在一些實(shí)施例中，所述溫度分布函數(shù)的生成：基于殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理開(kāi)展有限元模擬，根據(jù)炸藥圓柱件降溫過(guò)程中的最大熱通量分布形式，建立溫度分布函數(shù)(t(x,y,z))作為溫度場(chǎng)，通過(guò)預(yù)置溫度場(chǎng)的方式直接預(yù)置殘余應(yīng)力。

9、在一些實(shí)施例中，對(duì)圓柱形樣品進(jìn)行剝層實(shí)驗(yàn)，包括：模擬實(shí)際的剝層實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)樣品施加不同的溫度分布函數(shù)(t(x,y,z))，記錄每次剝層后樣品表面的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并作為模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集。

10、在一些實(shí)施例中，所述建立全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型，包括：設(shè)計(jì)一個(gè)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用relu激活函數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性處理，使其能夠處理輸入的溫度分布函數(shù)(t(x,y,z))，并預(yù)測(cè)樣品的殘余應(yīng)力分布；將溫度分布函數(shù)中的參數(shù)作為輸入向量，有限元模擬后的剝層應(yīng)變作為輸出向量，全連接層的每個(gè)神經(jīng)元都與前一層神經(jīng)元相連接，形成全連接結(jié)構(gòu)fcnn，通過(guò)全連接網(wǎng)絡(luò)，建立溫度分布函數(shù)中的參數(shù)與最終剝層應(yīng)變之間的映射關(guān)系；

11、在一些實(shí)施例中，在全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型訓(xùn)練與優(yōu)化包括：

12、利用均方誤差構(gòu)建損失函數(shù)，評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值之間的差異；并利用adam優(yōu)化器調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)率；

13、使用反向傳播算法更新神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和偏置；輸入數(shù)據(jù)通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從輸入層到隱藏層再到輸出層，每層進(jìn)行加權(quán)求和和激活函數(shù)計(jì)算；

14、在輸出層計(jì)算損失函數(shù)的梯度，逆向傳播到每層，計(jì)算每個(gè)參數(shù)的梯度；根據(jù)梯度和學(xué)習(xí)率，更新每層的權(quán)重和偏置；

15、通過(guò)超參數(shù)搜索方式，在每個(gè)收斂的模型中找出最優(yōu)超參數(shù)，確定最佳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)參數(shù)。

16、在一些實(shí)施例中，所述將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型，輸出實(shí)驗(yàn)樣品的殘余應(yīng)力三維殘余應(yīng)力分布，包括：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入：將實(shí)驗(yàn)獲取的溫度-應(yīng)變數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型中，預(yù)測(cè)樣品的三維應(yīng)力場(chǎng)分布。

17、本發(fā)明的有益效果在于：

18、本發(fā)明的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于它提供了一種高效、準(zhǔn)確的方法來(lái)反演獲取炸藥圓柱件等復(fù)雜樣品內(nèi)部的三維殘余應(yīng)力分布。通過(guò)結(jié)合有限元模擬和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，本方法能夠利用外部可測(cè)量的剝層應(yīng)變數(shù)據(jù)，反推出難以直接測(cè)量的內(nèi)部殘余應(yīng)力分布，從而克服了傳統(tǒng)殘余應(yīng)力測(cè)量技術(shù)在獲取數(shù)據(jù)維度單一方面的不足。這種方法不僅提高了殘余應(yīng)力分析的精度和效率，而且擴(kuò)展了殘余應(yīng)力測(cè)量的應(yīng)用范圍，為炸藥圓柱件等關(guān)鍵工程材料的應(yīng)力分析和安全評(píng)估提供了一種新的技術(shù)手段。

技術(shù)特征：

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，所述建立各個(gè)溫度函數(shù)下剝層應(yīng)變的數(shù)據(jù)集，包括：基于殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行有限元模擬，根據(jù)降溫過(guò)程中最大熱通量的分布情況，建立溫度分布函數(shù)；將獲得的溫度分布函數(shù)，輸入有限元模型，并對(duì)圓柱形樣品進(jìn)行剝層實(shí)驗(yàn)，獲取包含不同溫度函數(shù)參數(shù)與其剝層應(yīng)變，建立各個(gè)溫度函數(shù)下剝層應(yīng)變的數(shù)據(jù)集。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，所述有限元模型的建立：通過(guò)有限元分析軟件構(gòu)建樣品的幾何模型，并根據(jù)樣品的殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理，模擬其殘余應(yīng)力的基本分布特征。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，所述溫度分布函數(shù)的生成：基于殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理開(kāi)展有限元模擬，根據(jù)炸藥圓柱件降溫過(guò)程中的最大熱通量分布形式，建立溫度分布函數(shù)(t(x,y,z))作為溫度場(chǎng)，通過(guò)預(yù)置溫度場(chǎng)的方式直接預(yù)置殘余應(yīng)力。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，對(duì)圓柱形樣品進(jìn)行剝層實(shí)驗(yàn)，包括：模擬實(shí)際的剝層實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)樣品施加不同的溫度分布函數(shù)(t(x,y,z))，記錄每次剝層后樣品表面的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并作為模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，所述建立全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型，包括：設(shè)計(jì)一個(gè)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用relu激活函數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性處理，使其能夠處理輸入的溫度分布函數(shù)(t(x,y,z))，并預(yù)測(cè)樣品的殘余應(yīng)力分布；將溫度分布函數(shù)中的參數(shù)作為輸入向量，有限元模擬后的剝層應(yīng)變作為輸出向量，全連接層的每個(gè)神經(jīng)元都與前一層神經(jīng)元相連接，形成全連接結(jié)構(gòu)fcnn，通過(guò)全連接網(wǎng)絡(luò)，建立溫度分布函數(shù)中的參數(shù)與最終剝層應(yīng)變之間的映射關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，在全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型訓(xùn)練與優(yōu)化包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，其特征在于，所述將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型，輸出實(shí)驗(yàn)樣品的殘余應(yīng)力三維殘余應(yīng)力分布，包括：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入：將實(shí)驗(yàn)獲取的溫度-應(yīng)變數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型中，預(yù)測(cè)樣品的三維應(yīng)力場(chǎng)分布。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于深度學(xué)習(xí)的炸藥圓柱件三維殘余應(yīng)力反演方法，包括：建立各個(gè)溫度函數(shù)下剝層應(yīng)變的數(shù)據(jù)集；構(gòu)建形成適用于炸藥圓柱件的全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型；將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模型，輸出實(shí)驗(yàn)樣品的三維殘余應(yīng)力分布。本發(fā)明的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于它提供了一種高效、準(zhǔn)確的方法來(lái)反演獲取炸藥圓柱件等復(fù)雜樣品內(nèi)部的三維殘余應(yīng)力分布。通過(guò)結(jié)合有限元模擬和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，本方法能夠利用外部可測(cè)量的剝層應(yīng)變數(shù)據(jù)，反推出難以直接測(cè)量的內(nèi)部殘余應(yīng)力分布，從而克服了傳統(tǒng)殘余應(yīng)力測(cè)量技術(shù)在獲取數(shù)據(jù)維度單一方面的不足。

技術(shù)研發(fā)人員：顏熹琳,文乾乾,劉華鵬,付濤,唐維,孫文旭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2