[發明專利]一種基于粒子濾波算法的釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測方法

有效

• 申請號: 202011264697.5
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112507599B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 程東方;嚴毅琪;殷金泉;鄧強;程強強;于潤橋;孫鵬宇;黃偉榮;王勇博;劉揚
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學;贛州市特種設備監督檢驗中心
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/17;G06Q10/04;G06Q50/04;G06F111/10;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 吳林

1.一種基于粒子濾波算法的釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立粒子濾波模型；

S2：在未對釹鐵硼磁體施加疲勞載荷時，利用高精度磁傳感器對釹鐵硼磁體表面進行測量，獲取釹鐵硼磁體表面磁感應強度變化數據，將磁感應強度的矢量作為建立的粒子濾波模型中的狀態參數，并設置預測模型中的相關參數；

S3：對釹鐵硼磁體施加疲勞載荷，利用高精度磁傳感器獲取的磁感應強度數據產生先驗粒子集，對先驗粒子集中的先驗粒子權重進行歸一化處理，每個粒子的歸一化權重為

S4：根據地磁場環境下的磁能變化關系，在粒子濾波模型中建立應力-磁導率狀態方程，通過狀態方程中的相對磁導率μ_σ值變化映射出釹鐵硼磁體的疲勞裂紋狀態變化；

S5：在粒子濾波預測模型中建立磁導率-磁感應強度觀測方程，獲得后驗集合

S6：對每個先驗粒子按照歸一化權重產生N_i個新粒子，并使得∑N_i＝N，其中N為產生的總粒子數，若出現N_i＝O則去除該粒子，通過粒子重采樣過程產生一個新的后驗集合

S7：對新的后驗集合中的后驗粒子進行狀態估計，得出表示后驗粒子集均值的預測值，得出釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測的結果；

所述步驟S4中原子磁矩改變引起的磁能變化E_σ表示為：

其中，σ表示為應力，θ₁、θ₂、θ₃分別表示磁化方向與晶軸之間的夾角，λ_[100]、λ_[111]表示材料不同晶相的磁致伸縮系數，假設材料的磁致伸縮為各向同性，則有λ_[100]＝λ_[111]＝λ_σ，此時式(1)簡化為：

式中，λ_σ為應力σ作用下材料的磁致伸縮系數，θ為應力方向與磁化方向夾角，在進行疲勞實驗時，θ＝0，則式(2)進一步簡化為：

由能量守恒定律，機械外力所引起的磁積能變化量等于材料磁化功之差，則有：

式中，B和H分別表示不受外應力時材料的磁感應強度和環境磁場強度；B_σ為應力作用下的磁感應強度；

所述步驟S4中在彈性階段應力σ作用下的磁致伸縮系數λ_σ表示為：

其中，λ_m為飽和磁致伸縮系數，B_m為飽和磁感應強度；

所述步驟S4中的相對磁導率μ_σ求取步驟為：

將式(5)帶入式(4)中，化簡得：

其中，μ為不受外力時材料的初始相對磁導率，通過添加狀態方程噪聲λ和ψ對應力-磁導率模型進行完善：

其中，λ代表施加外應力時由材料內部因素引起的相對磁導率變化影響，ψ代表由裂紋萌生引起的局部載荷變化導致的不確定性影響，Δ_k代表循環載荷測量間隔；釹鐵硼磁體在疲勞載荷作用下時，其相對磁導率μ_σ會隨著外應力σ的變化而發生改變，因此相對磁導率μ_σ為有效表征外應力作用下的磁性參量；

所述步驟S5中根據地磁場條件下的電磁本構關系構建磁導率-磁感應強度觀測方程，方程如下所示：

B＝μ₀[H+M(H，σ)] (8)

其中，M(H，σ)為釹鐵硼磁體在力磁耦合作用下產生的磁化強度改變量；在觀測方程中加入一個正態分布的噪聲信號δ_k：

結合應力-磁導率狀態方程，構成用于描述釹鐵硼磁體微磁信號的基本方程組。

2.應用權利要求1所述的一種基于粒子濾波算法的釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測方法的預測裝置，其特征在于，包括：工控機和高精度磁傳感器，所述高精度磁傳感器的插頭與所述工控機的接口電連接，所述高精度磁傳感器用于獲取釹鐵硼磁體表面磁感應強度信號變化數據，所述工控機用于處理所述高精度磁傳感器測量到的磁感應強度數據，并根據磁感應強度數據的變化對斷裂過程進行預測，最終輸出同類型的磁感應強度預測數據。