[發明專利]一種機械彈性車輪磨損程度測量方法

有效

• 申請號: 202010119062.X
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111353245B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 皮偉;趙又群;杜宜燕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06N3/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

1.一種機械彈性車輪磨損程度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)使用三維建模軟件建立機械彈性車輪的三維模型，將建好的三維模型導入有限元分析軟件，建立機械彈性車輪的有限元模型；

(2)使用機械彈性車輪模態試驗分析系統對機械彈性車輪進行模態試驗，測量得到機械彈性車輪在自由懸置工況下的前m階固有頻率和固有振型，6≤m≤20；使用步驟(1)建立的機械彈性車輪的有限元模型，計算得到在自由懸置工況下機械彈性車輪前m階的固有頻率和固有振型；比較前述兩種情況下得到的固有頻率和固有振型，若兩者之間的誤差小于等于設定的誤差閾值，則認為該機械彈性車輪的有限元模型滿足精確度的要求；若兩者之間的誤差大于設定的誤差閾值，則需要對機械彈性車輪進行重新建模，直到滿足精度要求；

(3)改變機械彈性車輪有限元模型的花紋厚度，模擬不同磨損程度下的機械彈性車輪，并使用有限元分析軟件計算不同花紋厚度情況下的機械彈性車輪在自由懸置工況下的前m階固有頻率；

其中使用有限元分析軟件計算不同花紋厚度情況下的機械彈性車輪在自由懸置工況下的前m階固有頻率的具體過程如下：

(301)使用有限元分析軟件計算初始厚度下機械彈性車輪在自由懸置工況下的前m階固有頻率；

(302)設機械彈性車輪花紋的最大厚度為d_max，車輛安全行駛的機械彈性車輪的最小厚度為d_min；設機械彈性車輪的花紋厚度偏差為d_e，將機械彈性車輪的花紋厚度由d_max+d_e，按照預設的厚度閾值Δd逐步減小彈性車輪的花紋厚度，直至機械彈性車輪的花紋厚度小于d_min-d_e；

(303)使用有限元分析軟件分別計算步驟(302)中各步花紋厚度下機械彈性車輪在自由懸置工況下的前m階固有頻率，得到機械彈性車輪在自由懸置工況下不同花紋厚度的前m階固有頻率；

(4)將步驟(3)計算得到的不同花紋厚度下機械彈性車輪在自由懸置工況下的前m階固有頻率作為BP神經網絡的輸入量，花紋厚度作為BP神經網絡的輸出量，對BP神經網絡進行訓練，得到訓練好的BP神經網絡模型；

(5)對于任意磨損程度下的機械彈性車輪，使用機械彈性車輪模態試驗分析系統測量得到機械彈性車輪在自由懸置工況下的前m階固有頻率，然后將固有頻率數值輸入步驟(4)訓練好的BP神經網絡模型，獲得機械彈性車輪的花紋厚度，即得到車輪的磨損程度。

2.根據權利要求1所述機械彈性車輪磨損程度測量方法，其特征在于，步驟(1)的具體過程如下：

(101)使用三維建模軟件建立機械彈性車輪的零部件三維模型，包括輪轂、墊片、輪轂連接件、中間連接件、鉸鏈連接件、卡環、彈性環和橡膠胎體，并將上述零部件裝配得到機械彈性車輪三維裝配體；

(102)將裝配好的機械彈性車輪三維模型導入有限元分析軟件中；

(103)對機械彈性車輪的各個零部件賦予相應的材料屬性，包括密度、楊氏模量和泊松比；然后設置相應的接觸屬性，并對機械彈性車輪進行網格劃分，得到劃分好網格的機械彈性車輪有限元模型。

3.根據權利要求2所述機械彈性車輪磨損程度測量方法，其特征在于，在步驟(103)中，對于橡膠材料，選取Mooney-Rivlin模型作為其超彈性本構模型，橡膠材料的Mooney-Rivlin模型的應變能密度函數W表示如下：

W＝C₁₀(I₁-3)+C₀₁(I₂-3)

上式中，C₁₀、C₀₁為材料系數；I₁為第一應變不變量；I₂為第二應變不變量。