(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210591648.5 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 中南大学 地址 410006 湖南省长 沙市岳麓山左家垅 (72)发明人 王傲　阳程星　许平　姚曙光　 郭维年　 (74)专利代理 机构 长沙正务联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 43252 专利代理师 郑隽 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06N 3/08(2006.01) G06N 3/04(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数 据集构建方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于等效应变假说的地 铁枕梁损伤数据集构建方法， 包括选取地铁枕梁 上的一块正方形薄板或壳类结构， 将一端固定， 另一端受到均布的线 载荷作用， 构建小平板有限 元模型； 对小平板有限元模型的模 型单元进行编 号； 在模型的材料模块下设定多种不同弹性模量 的材料， 每个弹性模量分别对应相应的损伤程 度； 利用ABAQUS软件的二次开发接口， 采用对应 的Python脚本文件， 获得每个模型单元上响应应 变场与损伤信息一一对应的小平板基础数据集； 将高斯白噪声加入基础数据集中， 得到噪声数 据； 并通过引入服从高斯分布的随机数将噪声数 据进行放大， 得到扩充的应变场损伤数据集。 该 方法不仅能简化流程提高效率， 且对操作人的要 求较低。 权利要求书2页 说明书10页 附图6页 CN 114925573 A 2022.08.19 CN 114925573 A 1.一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 选取地铁枕梁上的一块正方形薄板或壳类结构， 将其一端固定， 另一端受到均布的线 载荷作用， 构建小平板有限元模型； 对所述小平板有限元模型的模型单元进行编 号； 在所述模型的材料模块下设定多种不 同弹性模量的材 料， 每个弹性模量分别对应相应的损伤程度； 利用ABAQUS软件的二次开发接 口， 采用对应的Python脚本文件， 获得每个模型单元上 响应应变场与损伤信息一 一对应的小平板基础数据集； 将高斯白噪声加入所述基础数据集中， 得到噪声数据； 并通过引入服从高斯分布的随 机数将所述噪声数据进行放大， 得到扩充的应 变场损伤数据集。 2.根据权利要求1所述的一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其 特征在于， 当材料未发生损伤 时， 此时材料的弹性模量未发生改变； 当发生完全损伤 时， 此 时材料的弹性模量变为0 。 3.根据权利要求1所述的一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其 特征在于， 对所述小平板有限元模型 的模型单元进行编号； 在所述模型 的材料模块下设定 多种不同弹性模量的材 料， 每个弹性模量分别对应相应的损伤程度， 具体为： 对所述小平板有限元模型的模型单元进行编号， 确定左下角单元编号为1， 至右上角单 元编号为4096结束； 在所述模型的材料模块下额外设定3种材料， 弹性模量分别为 164.8Gpa， 123.6Gpa， 82.4Gpa， 分别对应损伤程度为20％， 40％， 6 0％。 4.根据权利要求1所述的一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其 特征在于， 利用ABAQUS软件的二次开发接口， 采用对应的Python脚本文件， 获得每个模 型单 元上响应应变场与损伤信息一 一对应的小平板基础数据集包括： 将无损小平板模型保存为s mall_plate_wel l.cae文件； 根据无损小平板模型文件， 编写Python脚本文件create_inp.py， 用于生成含随机损伤 单元的小平板模 型， 并保存为可计算的.inp 文件； 同时保存损伤信息为.txt文件， 作为基础 数据集的标签文件， 也是构建的损伤 识别网络的输出； 编写count_inp.py脚本文件， 用于批量计算.inp文件， 并输出与损伤信息一一对应 的 应变场信息 。 5.根据权利要求4所述的一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其 特征在于， 编写的Pytho n脚本文件create_i np.py的具体执 行步骤如下： 1)导入所需要的ABAQUS库， numpy库， random库； 2)设定small_plate_wel l.inp文件的储 存路径， 设定生成的文件个数n； 3)使用mdb.ModelFromI nputFile命令导入s mall_plate_wel l.inp； 执行以下步骤n次； 4‑1)通过par t对象获取 单元信息， 储 存在变量e中； 4‑2)生成空矩阵ele_dama ge， 用于储 存损伤单 元； 4‑3)执行子程序create_dama ge； 4‑4)将存储损伤信息的矩阵output保存成.txt文件， 以循环次数命名； 4‑5)利用Secti onAssignment命令给编号 为ele_dama ge的单元赋损伤属性；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114925573 A 24‑6)利用mdb下属的Job命令 输出.inp文件， 以循环次数命名； 4‑7)删除创建的Job。 6.根据权利要求5所述的一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其 特征在于， 编写的count_i np脚本文件的具体执 行步骤如下： 1)导入所需的ABAQUS库， os库； 2)设定工作路径和存 储.inp文件的路径； 3)执行以下步骤N次： 3‑1)使用os库中的函数获得.i np文件的文件名fi le_name； 3‑2)使用mab.JobFromI nputFile函数读入.i np文件并计算； 3‑3)使用mdb.jobs.waitForCompleti on()函数等待计算完成； 3‑4)使用ses sion.openOdb函数打开.odb计算结果文件； 3‑5)通过定义ses sion下的NumberFormat对象确定 输出数据的格式； 3‑6)通过ses sion.writeFieldRepor t函数输出应 变场， 保存为.csv文件； 3‑7)关闭.odb文件； 通过运行count_inp.py脚本文件， 同样得到了.csv文件， 并且.csv文件的文件名与 .txt文件的文件名一 一对应； 至此， 小平板基础数据集制作完成。 7.根据权利要求6所述的一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其 特征在于， 所述基础数据集中每组数据包 含一个.csv文件与一个.txt文件； .csv文件中包 含了64×64， 共4096个单 元的三向应 变信息； .txt文件中包含了4096个单元的损伤信息， 0代表无损伤， 1代表单元刚度削弱20％， 2 代表单元刚度削弱40％， 3代 表单元刚度削弱6 0％。 8.根据权利要求1所述的一种基于等效应变假说的地铁枕梁损伤数据集构建方法， 其 特征在于， 将高斯白噪声加入所述基础数据集中， 得到噪声 数据； 并通过引入服从 高斯分布 的随机数将所述噪声数据进行放大， 得到扩充的应 变场损伤数据集， 包括： 将高斯白噪声加入所述基础数据集中， 引入信噪比SNR来衡量噪声的大小， 其计算公式 如下： 式中， IS表示原始信号的能量； IN表示噪声信号的能量； ε表示应变场中的应变信号数 据； N表示噪声信号数据； 并引入服从高斯分布的随机数将噪声数据进行放大， 得到均值为0的高斯白噪声， 将噪 声与原始信号相加， 得到信噪比为SNR的含噪信号signal_n oise； 具体公式如下： signal_n oise＝random(m)*N+ ε 其中m为应变场中应变的值的个数， 至此， 得到扩充的应变场损伤数据集， 数据集构建 完毕。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114925573 A 3