HYBRID PHYSICAL SIMULATION AND CONVOLUTIONAL NETWORK FOR RACK UPRIGHTS BENDING DAMAGE PREDICTION

CHEN Qi; LÜ Zhijun; CHU Ming; ZHANG Xiao; LI Hongliang

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.003

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HYBRID PHYSICAL SIMULATION AND CONVOLUTIONAL NETWORK FOR RACK UPRIGHTS BENDING DAMAGE PREDICTION

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-02-28

- HYBRID PHYSICAL SIMULATION AND CONVOLUTIONAL NETWORK FOR RACK UPRIGHTS BENDING DAMAGE PREDICTION
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 2, Pages: 19-27(2025)
- 作者机构：
  
  1.东华大学机械工程学院，上海 201620
  2.万邦数字能源股份有限公司，常州 213161
  3.上海精星仓储设备工程有限公司，上海 201611
- 作者简介：
  
  LÜ Zhijun, E-mail: lvzj@dhu.edu.cn
- 基金信息：
  
  Shanghai Science and Technology Commission Engineering Center Capacity Enhancement Program(17DZ2283800)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.003
  CLC： TH122
- Received：17 April 2023，
  
  Revised：08 August 2023，
  
  Published：15 February 2025
- 稿件说明：
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陈齐，吕志军，褚铭，等. 物理模拟与卷积网络混合的货架立柱弯曲损伤预测［J］. 机械强度，2025，47（2）：19-27.

CHEN Qi，LÜ Zhijun，CHU Ming，et al. Hybrid physical simulation and convolutional network for rack uprights bending damage prediction［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：19-27.
陈齐，吕志军，褚铭，等. 物理模拟与卷积网络混合的货架立柱弯曲损伤预测［J］. 机械强度，2025，47（2）：19-27. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.003.

CHEN Qi，LÜ Zhijun，CHU Ming，et al. Hybrid physical simulation and convolutional network for rack uprights bending damage prediction［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：19-27. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.003.

摘要

叉车等意外机械撞击可能导致工业货架立柱的稳定性严重退化。以行业常见的5种型号立柱为例，基于物理试验机制建立了立柱弯曲损伤的有限元仿真模型，分析发现即使是小的冲击变形（1 mm）也可能导致立柱极限承载能力下降（最大约37%）；相比其他受冲击位置，棱线处的弯曲损伤使得立柱稳定性下降更为显著。以此为基础，通过物理模拟和卷积神经网络方法，建立了立柱弯曲损伤状态的智能化预测模型。结果显示，该预测模型所得到的损伤立柱残余承载能力值与有限元仿真数据吻合良好（平均绝对百分比误差为5.99%），可用于指导货架立柱弯曲损伤性能的快速评估。

Abstract

Accidental mechanical impacts such as forklifts may lead to serious degradation of the stability of industrial rack uprights.The finite element simulation model of the upright bending damage was established based on the physical test mechanism with five types of common upright in the industry as examples

and the analysis found that even a small impact deformation (1 mm) may lead to a decrease in the ultimate bearing capacity of the upright (maximum about 37%).Compared with other impacted positions

the bending damage at the prism made the upright stability decrease more significantly.Based on this

an intelligent prediction model of the bending damage state of the upright was established by physical simulation and convolutional neural network method.The results show that the residual load capacity values of the damaged upright obtained from the prediction model agree well with the finite element simulation data (the mean absolute percentage error is 5.99%) and can be used for rapid assessment of the bending damage performance of the rack upright.

关键词

Keywords

references

North American Specification（NAS） . North American specification for the design of cold-formed steel structural members ［S］. Washington D.C. ： American Iron and Steel Institute ， 2016 ： 32 - 35 .

CRUVINEL L R ， VIEIRA G S . Distortional buckling of cold-formed steel rack section under uniform and non-uniform bending—numerical analysis and DSM ［J］. Thin-Walled Structures ， 2022 ， 179 ： 109543 .

DE ALMEIDA NEIVA L H ， SARMANHO A M C ， FARIA V O ， et al . Numerical and experimental analysis of perforated rack members under compression ［J］. Thin-Walled Structures ， 2018 ， 130 ： 176 - 193 .

ELIAS G C ， DE ALMEIDA NEIVA L H ， SARMANHO A M C ， et al . Ultimate load of steel storage systems uprights ［J］. Engineering Stru-ctures ， 2018 ， 170 ： 53 - 62 .

包世华，周坚 . 薄壁杆件结构力学［M］. 北京：中国建筑工业出版社， 2006 ： 2 - 29 .

BAO Shihua ， ZHOU Jian . Structural mechanics of thin-walled bar ［M］. Beijing ： China Architecture & Building Press ， 2006 ： 2 - 29 . （In Chinese）

张年文 . 双力矩作用下薄壁梁变形的数值分析［J］. 广东石油化工学院学报， 2014 ， 24 （ 3 ）： 66 - 69 .

ZHANG Nianwen . Numerical analysis of the deformation for thin-walled beams acted by bimoments ［J］. Journal of Guangdong Univer-sity of Petrochemical Technology ， 2014 ， 24 （ 3 ）： 66 - 69 . （In Chinese）

熊晓莉 . 开口薄壁梁柱的空间稳定分析［D］. 重庆：重庆大学， 2008 ： 3 - 8 .

XIONG Xiaoli . Spatial stability analysis of open thin-walled beams and colums ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2008 ： 3 - 8 . （In Chinese）

BONADA J ， PASTOR M M ， ROURE F M ， et al . Distortional influence of pallet rack uprights subject to combined compression and bending ［J］. Structures ， 2016 ， 8 ： 275 - 285 .

BERTOCCI L ， COMPARINI D ， LAVACCHINI G ， et al . Experimental，numerical，and regulatory P-Mx-My domains for cold-formed perforated steel uprights of pallet-racks ［J］. Thin-Walled Structures ， 2017 ， 119 ： 151 - 165 .

WANG R ， YANG X ， ZHAO H ， et al . Damage evaluation of axial-loaded H-section steel columns during and after impact loading ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2022 ， 196 ： 107426 .

李发超，张旭，赵伟欣，等 . 某C型冷弯薄壁钢构件冲击后的极限承载力研究［J］. 工业建筑， 2019 ， 49 （ 5 ）： 133 - 138 .

LI Fachao ， ZHANG Xu ， ZHAO Weixin ， et al . Research on the ultimate bearing capacity of a cold-formed thin-walled steel member after impact ［J］. Industrial Construction ， 2019 ， 49 （ 5 ）： 133 - 138 . （In Chinese）

Committee of Steel Storage Racking（BD-062） . Steel storage racking：AS 4084—2012 ［S］. Sydney ： Standards Australia ， 2012 ： 99 - 102 .

全国物流仓储设备标准化技术委员会，全国物流标准化技术委员会 . 钢结构货架使用安全与评估规范： GB/T 41514—2022 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2022 ： 5 - 7 .

National Standardization Technical Committee for Logistics Storage Equipment ， National Technical Committee for Standardization of Logistics . Standard for safety and evaluation of steel structure racks ： GB/T 41514—2022 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2022 ： 5 - 7 . （In Chinese）

王恒，王郴，王建敏，等 . 叉车冲击下高位货架倒塌及动态响应研究［J］. 东莞理工学院学报， 2022 ， 29 （ 1 ）： 103 - 111 .

WANG Heng ， WANG Chen ， WANG Jianmin ， et al . Collapse and dynamic response of high rack under impact of forklift ［J］. Journal of Dongguan University of Technology ， 2022 ， 29 （ 1 ）： 103 - 111 . （In Chinese）

熊强 . 叉车冲击作用下钢货架抗连续倒塌性能研究［D］. 南京：东南大学， 2018 ： 21 - 78 .

XIONG Qiang . Study on progressive collapse resistance performance of steel shelves under forklift impact ［D］. Nanjing ： Southeast University ， 2018 ： 21 - 78 . （In Chinese）

KLAUS-JÜRGEN B . Finite element procedures ［J］. Klaus-Jurgen Bathe ， 2006 ： 47 - 65 .

KRISHNAN R ， KUMAR MISHRA V ， SER ADETHY A V ， et al . Finite element analysis of steel frames subjected to post-earthquake fire ［J］. Materials Today：Proceedings ， 2023 ： 214 - 238 .

RISCO G V ， ZANIA V ， GIULIANI L . Numerical assessment of post-earthquake fire response of steel buildings ［J］. Safety Science ， 2023 ， 157 ： 105921 .

IBRAGIMOVA O ， BRAHME A ， MUHAMMAD W ， et al . A convolutional neural network based crystal plasticity finite element framework to predict localised deformation in metals ［J］. International Journal of Plasticity ， 2022 ， 157 ： 1033374 .

ZHANG M T ， PEI Y ， YAO X ， et al . Damage assessment of aircraft wing subjected to blast wave with finite element method and artificial neural network tool ［J］. Defence Technology ， 2023 ， 25 ： 203 - 219 .

宋一铭，吕志军，陈东，等 . 非连续截面薄壁钢构件稳定性智能预测方法［J］. 机械强度， 2018 ， 40 （ 3 ）： 653 - 659 .

SONG Yiming ， LÜ Zhijun ， CHEN Dong ， et al . Intelligent prediction method on stability of thin-wall steel component with non continuous cross section ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2018 ， 40 （ 3 ）： 653 - 659 . （In Chinese）

杨铄，许清风，王卓琳 . 基于卷积神经网络的结构损伤识别研究进展［J］. 建筑科学与工程报， 2022 ， 39 （ 4 ）： 38 - 57 .

YANG Shuo ， XU Qingfeng ， WANG Zhuolin . Research progress on structural damage detection based on convolutional neural networks ［J］. Journal of Architecture and Civil Engineering ， 2022 ， 39 （ 4 ）： 38 - 57 . （In Chinese）

Federation Europeene De La Manutention . The design of static steel pallet racking：FEM 10.2.02 .［S］.West Bromwich （Great Brit-ain），FEM Racking & Shelving Product Group， 2001 ： 102 - 109 .

全国安全生产标准化技术委员会 . 工业企业厂内铁路、道路运输安全规程： GB 4387—2008 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2009 ： 5 - 6 .

National Standardization Technical Committee for Work Safety . Safety regulation for railway and road transportation in plants of industrial enterprises ： GB 4387—2008 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2009 ： 5 - 6 . （In Chinese）

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