CN115114822B 基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法及系统 （中国海洋大学）

AU2020102863A4,2020.基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命计通过建立水下节流阀的故障预测和冲蚀退化2S1、通过水下节流阀冲蚀实验获得多组阀体金属材S2、通过数据采集模块(1)测量得到水下节流阀冲蚀环境复杂多样的数据并传输到移S3、将测量到的环境数据和冲蚀测量数据的实时数据S4、通过水下节流阀数字孪生模型(32)对水下节计算，仿真计算得到的水下节流阀的运行状态数据和冲蚀状态数据均保存于数据库(2)的法进行水下节流阀剩余寿命预测，得到的剩余寿命预测结果均保存于评价数据单元(23)果与剩余寿命阈值进行比较，若检测剩余寿命计算结果低于剩余寿命阈值的10％、50％、80则分别将水下节流阀冲蚀程度划分为A-轻度冲蚀、B-中度冲蚀和C-严重冲蚀三个等2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征水下节流阀性能退化数字孪生模型(321)33.根据权利要求2所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征4.根据权利要求2所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征=n}为在任意t2时间段发生n次海洋环境外部冲击的概率，λ为5.根据权利要求2所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征布p(s.Qaxn),其计算公式如下：为了克服由于某些粒子权重过小而产生的粒子退4p(IB,Qaxn):水下节流阀的RUL可定义为在当前退化状态和模型参数的条件下，预测的未来退化状6.根据权利要求2所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征实现水下生产系统双向交互孪生模型的建立7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法，其特征face是撞击墙的单位面积；58.基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计系统，该系统用于实现权利要求1-7任一所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法的运行过程，其特征在于：所述数据采集模块(1)用于采集获取通过水下节流阀冲蚀实验获得的多组阀体金属材下节流阀直接检查过程数据等数据并可存储至所述数据库(所述数据库(2)用于分类存储通过所述数据采集模块(1)采集获取的各述数值仿真单元(3)获取的各类仿真数据以及用所述数值仿真单元(3)用于基于测量获取的水下节流阀真实数据和通过水下节流阀冲9.根据权利要求8所述的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计系统，其特征所述物理模型数据库(21)用于保存及管理通过所述数据采集模块(1)测量获取的包括环境数据和冲蚀测量数据等的水下节流阀冲蚀环境复杂多所述孪生数据单元(22)用于保存及管理通过所述数值仿真单元(3)仿真计算得到的水所述评价数据单元(23)用于保存及管理预设的剩余寿命阈值数据、通过所模块(1)采集的水下节流阀直接检查过程数据及通过所述数值仿真单元(3)采用水下节流较剩余寿命计算结果与预设的剩余寿命阈值数据以实现对水下节流阀基础冲蚀状况的评在于：所述数值仿真单元(3)包括水下节流阀冲蚀状态数学模型(31)和水下节流阀数字孪所述水下节流阀冲蚀状态数学模型(31)用于基于实验数据对水下节流阀的物理状态所述水下节流阀冲蚀状态数学模型(31)包括共性表征模型(311)和水下节流阀性能退的指标数值；所述水下节流阀性能退化动态演化模型(312)用于描述退化状态和参数随时6所述水下节流阀数字孪生模型(32)由将测量到的环境数据和冲蚀测量数据的实时数所述水下节流阀数字孪生模型(32)包括水下节流阀性能退化数字孪生模型(321)和水下节流阀性能退化和剩余寿命预测数字孪生模型(322)；所述水下节流阀性能退化数字孪生模型(321)用于对水下节流阀性能退化状态进行仿真计算；所述水下节流阀性能退化和剩余寿命预测数字孪生模型(322)用于采用粒子滤波PF算法进行水下节流阀退化状态追踪7[0005]本发明的目的在于提供基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计方法及系880则分别将水下节流阀冲蚀程度划分为A-轻度冲蚀、B-中度冲蚀和C-严重冲蚀三个等数字孪生模型：PF算法的基本思想是抽取一系列带有权重的粒子实现待估计量的后验评9[0030]水下节流阀内壁面由于石油和水夹杂沙粒冲蚀、腐蚀和流动导致加速腐蚀的发此可以通过由冲蚀作用引起的水下节流阀阀体壁厚减薄幅值作为基于数字孪生的水下节[0032]作为本技术方案的进一步改进，[0045]水下节流阀的RUL可定义为在当前退化状态和模型参数的条件下，预测的未来退face是撞击墙的单位面积；[0063]所述数据采集模块用于采集获取通过水下节流阀冲蚀实验获得的多组阀体金属材料电阻值及阀体金属电阻值对应冲蚀量的数据、水下节流阀冲蚀环境复杂多样的数据、水下节流阀直接检查过程数据等数据并可存储至所述数[0065]所述数值仿真单元用于基于测量获取的水下节流阀真实数据和通过水下节流阀[0067]所述物理模型数据库用于保存及管理通过所述数据采集模块测量获取的包括环境数据和冲蚀测量数据等的水下节流阀冲蚀环境复杂[0068]所述孪生数据单元用于保存及管理通过所述数值仿真单元仿真计算得到的水下模块采集的水下节流阀直接检查过程数据及通过所述数值仿真单元采用水下节流阀剩余寿命计算结果与预设的剩余寿命阈值数据以实现对水下节流阀基础冲蚀状况的评估和预[0071]所述水下节流阀冲蚀状态数学模型用于基于实验数据对水下节流阀的物理状态[0072]所述水下节流阀冲蚀状态数学模型包括共性表征模型和水下节流阀性能退化动述水下节流阀性能退化动态演化模型用于描述退化状态和参数随时间的变化规律以及模[0073]所述水下节流阀数字孪生模型由将测量到的环境数据和冲蚀测量数据的实时数[0074]所述水下节流阀数字孪生模型包括水下节流阀性能退化数字孪生模型和水下节孪生模型用于采用粒子滤波PF算法进行水下节流阀退化状态追踪和剩余的基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计系统[0090]如图1-图5所示，本实施例提供了基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估计[0092]S2、通过数据采集模块1测量得到水下节流阀冲蚀环境复杂多样的数据并传输到真计算，仿真计算得到的水下节流阀的运行状态数据和冲蚀状态数据均保存于数据库2的80则分别将水下节流阀冲蚀程度划分为A-轻度冲蚀、B-中度冲蚀和C-严重冲蚀三个等[0100]S5中，水下节流阀性能退化动态演化模型312用来描述退化状态和参数随时间的所建立的水下节流阀性能退化动态演化模型数字孪生模型322：PF算法的基本思想是抽取一系列带有权重的粒子实现待估计量的后验[0118]水下节流阀内壁面由于石油和水夹杂沙粒冲蚀、腐蚀和流动导致加速腐蚀的发此可以通过由冲蚀作用引起的水下节流阀阀体壁厚减薄幅值作为基于数字孪生的水下节[0120]本实施例中，S3.3中，基于DB[0122]水下节流阀性能退化动态演化模型312中含有两个重要参数A和B，由材料属性决后验分布p(ISWQO.x),其计算公式如下：[0136]水下节流阀的RUL可定义为在当前退化状态和模型参数的条件下，预测的未来退过参数修调实现虚实一致性保持的具体方法包face是撞击墙的单位面积；[0153]如图4-图5所示，本实施例还提供了基于数字孪生的水下节流阀剩余使用寿命估[0154]数据采集模块1用于采集获取通过水下节流阀冲蚀实验获得的多组阀体金属材料节流阀直接检查过程数据等数据并可存储至[0156]数值仿真单元3用于基于测量获取的水下节流阀真实数据和通过水下节流阀冲蚀[0157]本实施例中，数据库2包括物理模型数据库21、孪生数据单元22和评价数据单元[0158]物理模型数据库21用于保存及管理通过数据采集模块1测量获取的包括环境数据[0159]孪生数据单元22用于保存及管理通过数值仿真单元3仿真计算得到的水下节流阀[0160]评价数据单元23用于保存及管理预设的剩余寿命阈值数据、通过数据采集模块1采集的水下节流阀直接检查过程数据及通过数值仿真单元3采用水下节流阀剩余寿命预测结果与预设的剩余寿命阈值数据以实现对水下节流阀基础冲蚀状况的评[0161]本实施例中，数值仿真单元3包括水下节流阀冲蚀状态数学模型31和水下节流阀[0162]水下节流阀冲蚀状态数学模型31用于基于实验数据对水下节流阀的物理状态进[0163]水下节流阀冲蚀状态数学模型31包括共性表征模型311和水下节流阀性能退化动下节流阀的共性表征状态进行仿真，从而确定可以作为水下节流阀性能退化的指标数值；水下节流阀性能退化动态演化模型312用于描述退化状态和参数随时间的