[發(fā)明專利]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)耦合性能求解方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911291873.1
• 申請(qǐng)日: 2019-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN111177898A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟凡明;楊圣;唐曦;劉創(chuàng)來;鞏加玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06N3/08;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)耦合性能求解方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：利用Newton-Raphson法迭代求解滾動(dòng)軸承中滾動(dòng)體與內(nèi)、外滾道的法向接觸載荷與卷吸速度其中，n為滾動(dòng)體編號(hào)，n＝1,2,...,Z，Z為滾動(dòng)體總數(shù)量；

S2：基于滾動(dòng)軸承中滾動(dòng)體與內(nèi)圈的接觸載荷與卷吸速度利用Jacobi線性迭代法和追趕法求解滾動(dòng)軸承瞬態(tài)潤(rùn)滑模型，以獲得滾動(dòng)體與內(nèi)滾道之間的潤(rùn)滑膜壓力p和溫度T；

S3：基于步驟S2計(jì)算得到的滾動(dòng)軸承中滾動(dòng)體的潤(rùn)滑膜壓力分布p，計(jì)算整個(gè)滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑膜承載能力F和摩擦力矩M_f；

S4：基于滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑膜承載力F、摩擦力矩M_f和底部滾動(dòng)體潤(rùn)滑膜最大壓力p_max、最高溫度T_max、中心膜厚h_c和最小膜厚h_min等參數(shù)，建立滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑樣本數(shù)據(jù)庫(kù)；

S5：設(shè)計(jì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入/輸出參數(shù)，并利用S4中形成的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑樣本數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；

S6：將訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行固化以形成可用于快速預(yù)測(cè)滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑性能參數(shù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊；

S7：基于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方程，利用Matlab軟件中的Simulink模擬器建立滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并設(shè)置動(dòng)力學(xué)仿真的總時(shí)間t_d、步長(zhǎng)△t_d；

S8：基于步驟S6固化好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，快速預(yù)測(cè)當(dāng)前仿真時(shí)間t下的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑膜承載能力F和潤(rùn)滑膜摩擦力矩M_f，并帶入步驟S7所建立的滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，以獲得滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)摩擦學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)；

S9：判斷當(dāng)前仿真時(shí)間t是否到達(dá)預(yù)定仿真總時(shí)間t_d：如果達(dá)到，輸出滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的摩擦學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果；否則，令t＝t+Δt_d并返回步驟S8繼續(xù)計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)耦合性能求解方法，其特征在于：所述步驟S2中，滾動(dòng)軸承瞬態(tài)潤(rùn)滑模型適用于牛頓流體和非牛頓流體，考慮滾動(dòng)體與內(nèi)滾道表面加工精度，即粗糙度δⁿ的影響，以及用于模擬混合潤(rùn)滑與邊界潤(rùn)滑潤(rùn)滑狀況，且為Reynolds方程的離散提供多種快速差分方案。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)耦合性能求解方法，其特征在于：所述步驟S2中，建立滾動(dòng)軸承瞬態(tài)潤(rùn)滑模型時(shí)考慮轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響，即在計(jì)算滾動(dòng)體與滾道之間潤(rùn)滑膜厚度分布h時(shí)考慮轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)位移s_r。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)耦合性能求解方法，其特征在于：所述步驟S5中，訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將滾動(dòng)軸承瞬態(tài)潤(rùn)滑性能參數(shù)f_t拆分為穩(wěn)態(tài)項(xiàng)f_s和瞬態(tài)增量項(xiàng)△f_t，進(jìn)而確定潤(rùn)滑性能不同項(xiàng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)：

(1)穩(wěn)態(tài)項(xiàng)f_s的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)為當(dāng)前時(shí)間步下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移s_r，f_s＝f(s_r)；

(2)瞬態(tài)增量項(xiàng)△f_t的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)為前4個(gè)時(shí)刻轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移s_t-1、s_t-2、s_t-3和s_t-4，Δf_t＝f(s_t-1,s_t-2,s_t-3,s_t-4)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)耦合性能求解方法，其特征在于：所述步驟S8中，建立轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型時(shí)考慮了滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑的影響，即在滾動(dòng)軸承動(dòng)力學(xué)方程中引入滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑膜承載能力F和摩擦力矩M_f，并利用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行快速預(yù)測(cè)。