(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 202210741397.4 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 南阳煜众精密机 械有限公司 地址 473200 河南省南阳市方城县新能源 产业集聚区 申请人 华中科技大 学 (72)发明人 耿兴　王书亭　梁兆顺　谢远龙　 毛新勇　袁星　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 孔娜 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于多维度变量下整机结构动力学的结构 性能预测方法 (57)摘要 本发明属于整机结构动力学的建模相关技 术领域， 其公开了一种基于多维度变量下整机结 构动力学的结构性能预测方法， 包括以下步骤： (1)将设备加工过程中的多维度变量进行关联， 并采用聚类算法对关联得到的动力学特性数据 进行降维压缩； (2)利用薄弱环节处主振模态对 应的频响函数对加工过程中的设备整机结构的 动力学特性数据进行统一随动表征； (3)采用设 备的整机机理模型对数据进行预处理； (4)利用 混合高斯过程的数据模型对数据进行分析， 以跟 踪整机机理模型中系统性能参数的多时间尺度 演化； (5)进行整机结构动力学特性的多时间尺 度动态建模， 并采用得到的多时间尺度动态模型 对设备进行结构性能预测。 本发 明提高了准确度 及预测速率。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114996966 A 2022.09.02 CN 114996966 A 1.一种基于多维度变量下整机结构动力学的结构性能预测方法， 其特征在于， 该方法 包括以下步骤： (1)以设备的薄弱环节为基准， 将加工设备加工过程中的位置变量及切削激励变量进 行关联， 同时采用聚类算法对关联得到的动力学特性数据进行降维压缩， 从而实现设备工 作空间的划分； (2)利用薄弱环节 处主振模态对应的频响函数对加工过程中的设备整机结构的动力学 特性数据进行统一随动表征； (3)采用设备的整机 机理模型对统一随动表征的数据进行 预处理； (4)利用混合高斯过程的数据模型对预处理后的数据进行分析， 以跟踪整机机理模型 中系统性能参数的多时间尺度演化； (5)将得到的多时间尺度演化结果与整机机理模型进行融合， 进而进行整机结构动力 学特性的多时间尺度动态建模， 并采用得到的多时间尺度动态模型对设备进 行结构性能预 测； 该多时间尺度动态模型的数 学表达式为： 式中， f0(t)为系统的激励力； m0为系统的质量； y0(t)为系统的动态响应； c0为系统的阻 尼； t为系统的固有时间； k0为系统的刚度； Δk(ts)为长时间尺度下的刚度演化； ts为结构长 时间尺度演化的时间。 2.如权利要求1所述的基于多维度变量下整机结构动力学的结构性能预测方法， 其特 征在于： 其中， 式中， ω0和σ0分别是ts＝0时设备的固有频率和阻尼比； ωs(ts)、 σs(ts)和 分别表 示固有频率、 阻尼比和阻尼固有频率在ts情况下的演变。 3.如权利要求2所述的基于多维度变量下整机结构动力学的结构性能预测方法， 其特 征在于： 演化对应的公式为： xq|t～gp( μq(t； h), κq(t1,t2； l)),q＝1,2, …Q μq(t)＝hTφ(t) 式中， μq(t)表示高斯过程的平均值； h表示未知系数； φ(t)表示基函数向量； κq表示与 长度尺度参数l的相关函数； h和l被称为高斯过程的超参数；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114996966 A 2其中， 隐藏状态以生成方式耦合 来获得基础数据， 表示 为： xq是第q个高斯过程专 家， zq(t)是第q个门控函数， 表示 为： 其中， 是门控函数的超参数； 是与专家函数相关的超参 数； 所有超参数都需要根据训练数据进 行估计， 通过对数据模 型进行最大似然估计来 实现， 表示为： 为了减少计算时间， 对其中的一些超参数以贝叶斯方式处 理， 具体为： 4.如权利要求1所述的基于多维度变量下整机结构动力学的结构性能预测方法， 其特 征在于： 考虑多时间尺度下的整机 机理模型的数 学表达式为： 式中， ts是结构长时间尺度演化的时间， 系统参数； 其中， K(ts)＝K0(1+ΔK(ts)) and M(ts)＝M0(1+ΔM(ts))； 式中， K(ts)预计是一个长时间的衰减函数； M(ts)是增函数或减函数。 5.如权利要求4所述的基于多维度变量下整机结构动力学的结构性能预测方法， 其特 征在于： 系统的阻尼固有频率 为： 式中， ω0和σ0分别是ts＝0时设备的固有频率和阻尼比； ωs(ts)、 σs(ts)和 分别表 示固有频率、 阻尼比和阻尼固有频率在ts情况下的演变。 6.如权利要求1 ‑5任一项所述的基于多维度变量下整机结构动力学的结构性 能预测方 法， 其特征在于： 整机结构动态特性的随动统一表征为： 式中， H(ω)为第t阶模态对应薄弱环节处的频响函数； ωt为第t阶模态的固有频率； ξt 为归一化后的第t阶模态的模态振型； σt为第t阶模态的阻尼比。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114996966 A 3