连续卸船机结构的数字孪生技术研究

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链斗式连续卸船机作为现代港口的重要卸船设备,为了提高港口的工作效率,其高效化和自动化要求不断提高。链斗式连续卸船机结构复杂、工作环境恶劣,因突发故障而停机维修,将严重影响港口工作效率,甚至可能威胁工作人员安全。将数字孪生技术应用于链斗式连续卸船机,将虚拟模型与物理实体互联互通,实时计算链斗式连续卸船机工作时的受力状态,是避免突发故障,保证安全、高效作业的有效手段。本文构建了可对连续卸船机全工作周期的工作状态进行实时计算的数字孪生系统。具体研究内容如下:(1)数字孪生系统整体设计:确定系统的设计目标、原则与流程。分析连续卸船机结构数字孪生的关键技术与难点,得出数字孪生的核心目标是计算的准确性与实时性,确定数字孪生系统的总体架构。(2)数字孪生模型的建立与仿真:采用ANSYS有限元分析软件对连续卸船机进行有限元建模,分析了连续卸船机的受力状态,施加载荷与约束边界条件。选取典型工况进行仿真计算,了解连续卸船机在实际工作中的整体应力、位移分布情况。将力学计算结果与有限元分析结果对比,验证了模型的准确性。将整体卸船机结构拆分为各个部件,分别进行求解,创建了不同工况下结构应力值、位移值的仿真数据样本。(3)传感器的选取与协同技术:分析连续卸船机工作过程中的变量主要有姿态与载荷两部分,选用合适的传感器直接测量或通过计算转换间接得出工况数据。为保证数据传输的实时性与稳定性,选用Redis缓存与Rabbit MQ消息队列技术实现数据异步传输。选用Mysql数据库对数据进行存储。编写程序实时获取工况数据,并实时调用支持向量回归机的预测模块对连续卸船机结构的应力、位移情况进行实时预测。存储结果数据,生成历史数据,实现对连续卸船机全工作周期的监测计算。(4)基于支持向量机的仿真结果回归计算分析:采用支持向量回归机,建立工况数据与有限元结果数据的回归模型。通过对回归计算模型与仿真计算结果的对比。验证了回归计算模型的准确性,两者相对误差在5%以内。对回归计算模型进行封装,调用预测模块即可对任意工况进行回归计算。计算速度相比于有限元仿真计算速度有了显著的提升,确保数字孪生结果的准确性与实时性。
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