[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

本發明公開了一種基于粒子濾波算法的釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測方法，涉及金屬材料疲勞裂紋斷裂預測技術領域，將釹鐵硼磁體的磁感應強度矢量引入到粒子濾波預測模型中，將其作為構建的粒子濾波模型中的狀態參數，由此實現對釹鐵硼磁體裂紋擴展信息的連續監測。其提出的磁信號狀態矢量不僅可以對裂紋發生擴展時的磁體狀態變化進行準確預測，而且可以監測出磁體未斷裂時磁體的磁感應強度信號隨外界施加的疲勞載荷波動變化。

技術領域

本發明涉及金屬材料疲勞裂紋斷裂預測技術領域，特別涉及一種基于粒子濾波算法的釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測方法。

背景技術

疲勞裂紋作為工件中最為常見的損傷形式之一，會對工件的使用性能造成不利影響。釹鐵硼永磁材料作為重要的金屬功能材料，具有高磁能積、高剩磁以及高矯頑力等一系列優點，憑借其優異的磁學性能和優良的功能轉換作用，在風機、電機以及新能源行業等高精尖產業的核心功能器件制造中得到廣泛的應用。但如今普遍采用的燒結工藝使得制備的釹鐵硼磁體在冷卻過程內部結構上容易出現密度不均、多孔的情況，同時在機加工成型過程中導致磁體局部溫度過高，使得磁體極易被氧化。與此同時釹鐵硼磁體構件在工作期間也經常存在受到沖擊載荷作用的風險，這些不確定性在制造、機械加工和應用過程中，會增加釹鐵硼磁體產生裂紋的風險。

燒結釹鐵硼永磁材料作為硬磁材料，有著較強的抗彎強度，但斷裂韌性低，其斷裂韌性數值比普通的金屬材料低1～2個數量級，裂紋的擴展過程表現出純脆性,裂紋一旦產生即可能迅速擴展，最終導致釹鐵硼磁體發生斷裂造成工件失效。目前對于釹鐵硼磁體疲勞損傷的有關研究主要是對存在已知裂紋損傷的檢測及判定，少有對釹鐵硼磁體裂紋擴展斷裂過程的預測研究。因此對燒結釹鐵硼裂紋損傷擴展直斷裂過程的預測一個重要的研究方向。

對于裂紋擴展過程的預測研究大都是采用基于數學分析統計的方法，例如通過損傷力學方法和基于模型的仿真方法來對裂紋沿任意路徑擴張進行模擬計算。損傷力學方法是從一個連續的角度來考慮材料的性能衰退過程，并主要研究由材料內部缺陷導致產生裂紋的分析方法。由于釹鐵硼磁體材質的特殊性，其具有較低的斷裂韌性，使用損傷力學方法無法很好的描述釹鐵硼磁體裂紋擴展初期階段內短裂紋的形成過程，導致裂紋擴展過程中的預測結果準確性較低。

且基于模型的仿真方法往往需要預先確定一些試驗條件，例如目前常用的基于Paris公式的疲勞裂紋擴展預測，對于其中應力場強度因子幅△k參數的計算往往通過數值解析計算及數值仿真，通過這種方式得到的預測結果雖然在一定程度上考慮到裂紋擴展的基本規律，但仍是建立在理論或經驗性歷史實驗數據上，變量參數有著很大的保守性，無法考慮到釹鐵硼材料參數、實際裂紋擴展路徑的曲折性變化等不確定性因素的影響。這些因素都限制著應用于裂紋擴展斷裂預測的準確性和有效性。傳統的研究方法和模型仿真已經不能對釹鐵硼磁體裂紋擴展斷裂的演變過程進行準確預測。

針對上述問題，本申請提供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，將釹鐵硼磁體的磁感應強度矢量引入到粒子濾波預測模型中，將其作為構建的粒子濾波模型中的狀態參數，由此實現對釹鐵硼磁體裂紋擴展信息的連續監測。其提出的磁信號狀態矢量不僅可以對裂紋發生擴展時的磁體狀態變化進行準確預測，而且可以監測出磁體未斷裂時磁體的磁感應強度信號隨外界施加的疲勞載荷波動變化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于粒子濾波算法的釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測方法，將釹鐵硼磁體的磁感應強度矢量引入到粒子濾波預測模型中，將其作為構建的粒子濾波模型中的狀態參數，由此實現對釹鐵硼磁體裂紋擴展信息的連續監測。其提出的磁信號狀態矢量不僅可以對裂紋發生擴展時的磁體狀態變化進行準確預測，而且可以監測出磁體未斷裂時磁體的磁感應強度信號隨外界施加的疲勞載荷波動變化。

本發明提供了一種基于粒子濾波算法的釹鐵硼磁體裂紋斷裂預測方法，包括以下步驟：

S1：建立粒子濾波模型；