1.一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,其中形指盾构机刀盘几何模型的形态,性指盾构机刀盘的结构力学性能,结构力学性能包括应力、变形与疲劳寿命,所述盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法包括以下步骤:第一步:基于盾构机刀盘的实际物理结构,确定其核心结构参数,采用三维建模软件构建盾构机刀盘几何模型;第二步:对第一步得到的盾构机刀盘几何模型进行有限元仿真分析,获取盾构机刀盘离散化几何数据及在不同工况下的仿真计算数据;所述离散化几何数据包括网格节点坐标与单元编号;所述不同工况指盾构机刀盘处于不同的转速、扭矩及温度下的工作情况;所述仿真计算数据指应力分布数据与变形位移场数据;第三步:在盾构机刀盘的关键测点部署传感器,实时采集多源异构数据,作为原始数据;对采集到的原始数据处理得到有效实测数据;第四步:以第二步获取的仿真计算数据为基础,融合第三步得到的有效实测数据,结合代理模型与疲劳寿命预测技术,构建一种基于算测融合的智能预测模型,通过智能预测模型实现对盾构机刀盘结构力学性能状态的高保真动态监测;具体的:步骤4.1:以步骤2.2中的样本集作为输入变量,以盾构机刀盘仿真计算数据为输出变量,构建初始代理模型;通过交叉验证调整初始代理模型的超参数,形成能够计算盾构机刀盘全场应力与变形状态的代理模型,通过代理模型输出盾构机刀盘实时应力状态,完成智能预测模型的应力与变形状态实时计算功能;步骤4.2:基于盾构机刀盘实时应力状态,引入Miner线性累计损伤理论,结合应力循环次数、循环幅值与均值,以及刀盘材料的应力、寿命曲线,计算盾构机刀盘已累积的疲劳损伤,构建疲劳寿命预测模型,实现智能预测模型的疲劳寿命动态预测功能;第五步:基于计算机图形学技术,将盾构机刀盘离散化几何数据与智能预测模型进行深度融合,构建形性一体化数字孪生模型,并采用高性能渲染引擎对形性一体化数字孪生模型进行高保真实时可视化渲染,通过色彩映射、动态标注、交互式方法,实现对盾构机刀盘几何形态与结构力学性能的实时、动态、交互式映射与监控。
2.根据权利要求1所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述第一步中,核心结构参数包括盾构机刀盘整体直径、面板开口率、辐板厚度、刀具安装孔位、中心锥角与弧度。
3.根据权利要求2所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述第一步中,构建盾构机刀盘几何模型的过程为:利用三维建模软件,依据核心结构参数进行几何建模:先构建盾构机刀盘基体轮廓,再逐步细化开口特征与刀具安装结构,确保盾构机刀盘几何模型几何细节与实际制造规格一致,并完成装配体约束关系定义,最终得到盾构机刀盘几何模型。
4.根据权利要求3所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述第二步具体为:步骤2.1:将第一步中的盾构机刀盘几何模型导入ANSYS有限元软件,首先进行几何清理与简化,然后进行网格划分,生成离散化网格模型,并提取网格节点坐标与单元编号的标识数据,获得盾构机刀盘离散化几何数据,完成盾构机刀盘几何模型的前处理;步骤2.2:针对盾构机刀盘实际作业中的掘进参数与载荷参数,采用拉丁超立方采样方法生成均匀覆盖多参数组合的样本集,将样本集作为有限元仿真输入变量;基于步骤2.1中已完成前处理的盾构机刀盘几何模型,进行有限元仿真计算,得到盾构机刀盘的应力分布与变形位移场数据,即获得盾构机刀盘的仿真计算数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述第三步具体为:步骤3.1:基于步骤2.2中的有限元仿真计算的结果,得到盾构机刀盘力学响应敏感区,在关键测点系统的部署多类型传感器,包括温度、扭矩、应变传感器,以实时采集温度、扭矩、应变数据,作为原始数据;步骤3.2:对采集到的原始数据进行实时清洗与预处理,识别并剔除重复、冗余及异常值,得到有效实测数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述步骤4.2中,采用雨流计数法得到应力循环次数、循环幅值与均值。
7.根据权利要求6所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述第五步具体为:步骤5.1:基于第二步获取的盾构机刀盘离散化几何数据,构建盾构机刀盘精细化虚拟三维模型;所述盾构机刀盘精细化虚拟三维模型以盾构机刀盘离散化几何数据中的网格节点坐标为空间基准,依据盾构机刀盘离散化几何数据中的单元编号还原各离散单元之间的连接关系,重建盾构机刀盘结构的完整性,为形性一体化数字孪生模型的几何形态与力学性能融合提供统一的三维空间载体;步骤5.2:以步骤5.1构建的盾构机刀盘精细化虚拟三维模型为基础,按照节点与结构力学数据一一匹配规则,将第四步智能预测模型输出的结构力学性能数据映射至盾构机刀盘精细化虚拟三维模型中对应的节点位置,完成盾构机刀盘形性一体化数字孪生模型的构建;步骤5.3:基于步骤5.2构建的形性一体化数字孪生模型中每个节点数据与结构力学性能数据之间的一一对应关系,将结构力学性能数据转换为连续色彩分布,映射至相应节点位置,形成以颜色直观表征力学状态的可视化效果;同时,接入传感器实时采集数据,驱动形性一体化数字孪生模型实时计算当前工况下盾构机刀盘的结构力学性能,并对动态更新的结构力学性能数据进行高保真实时渲染,实现盾构机刀盘在实际运行过程中结构力学性能的实时、动态、可视化的监控与分析。
8.根据权利要求7所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述步骤5.1中,采用网格节点驱动的重构建模技术,构建盾构机刀盘精细化虚拟三维模型。
9.根据权利要求7所述的一种基于算测融合的盾构机刀盘形性一体化数字孪生方法,其特征在于,所述步骤5.3中,将结构力学性能数据通过色彩映射算法转换为连续色彩分布;采用高性能渲染引擎对动态更新的结构力学性能数据进行高保真实时渲染。