Real-Time Prediction of Probabilistic Crack Growth with a Helicopter Component Digital Twin

机身 概率逻辑 组分(热力学) 结构工程 有限元法 参数统计 计算机科学 巴黎法 强度因子 边界元法 模拟 算法 工程类 断裂力学 人工智能 数学 航空航天工程 裂缝闭合 物理 统计 热力学
作者
Xuan Zhou,Shuangxin He,Leiting Dong,Satya N. Atluri
出处
期刊:AIAA Journal [American Institute of Aeronautics and Astronautics]
卷期号:60 (4): 2555-2567 被引量:1
标识
DOI:10.2514/1.j060890
摘要

To deploy the airframe digital twin or to conduct probabilistic evaluations of the remaining life of a structural component, a (near) real-time crack-growth simulation method is critical. In this paper, a reduced-order simulation approach is developed to achieve this goal by leveraging two methods. On the one hand, the symmetric Galerkin boundary element method - finite element method (SGBEM-FEM) coupling method is combined with parametric modeling to generate the database of computed stress intensity factors for cracks with various sizes/shapes in a complex structural component, by which hundreds of samples are automatically simulated within a day. On the other hand, machine learning methods are applied to establish the relation between crack sizes/shapes and crack-front stress intensity factors. By combining the reduced-order computational model with load inputs and fatigue growth laws, a real-time prediction of probabilistic crack growth in complex structures with minimum computational burden is realized. In an example of a round-robin helicopter component, even though the fatigue crack growth is simulated cycle by cycle, the simulation is faster than real-time (as compared with the physical test). The proposed approach is a key simulation technology toward realizing the digital twin of complex structures, which further requires fusion of model predictions with flight/inspection/monitoring data.
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