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专利号: 2021114109739
申请人: 南京林业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,包括:S1、建立曲轴裂纹深度随循环次数变化的经验模型:y=a exp(bx)+c exp(dx);

S2、对建立的经验模型优化,获得曲轴剩余寿命预测模型的递推公式:yk=yk‑1·exp(b)+c·exp[d(k‑1)][1‑exp(b‑d)]+uk,uk~N(0,σw),其中,yk为曲轴在一定的弯矩作用下第k次循环的裂纹的深度;b、c、d为曲轴剩余寿命改进模型的参数;uk为过程噪声,满足均值为0、方差为σw的标准正态分布;

S3、建立曲轴剩余寿命预测的状态转移方程和观测方程,其中,状态转移方程为曲轴剩余寿命预测模型的递推公式,观测方程为:其中: 为在一定的弯矩作用下第k次循环时观测到的曲轴的裂纹深度;vk为观测噪声,满足均值为0、方差为σw的标准正态分布;

S4、基于建立的曲轴剩余寿命预测的状态转移方程和观测方程作为现验数据,采用粒子滤波算法对曲轴疲劳寿命进行预测。

2.根据权利要求1所述的一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,建立曲轴裂纹深度随循环次数变化的经验模型:y=aexp(bx)+cexp(dx)的具体步骤如下:S101、获取曲轴裂纹深度随循环次数的增加而增加的试验数据;

S102、对获得的试验数据进行非线性拟合,得到非线性函数;

S103、依据曲轴的裂纹深度随循环次数增加变化规律拟合误差最小的原则对比不同的拟合公式得到的结果,选择双指数经验模型。

3.根据权利要求2所述的一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,所述步骤S103中,依据曲轴的裂纹深度随循环次数增加变化规律拟合误差最小的原则对比不同的拟合公2

式得到的结果具体如下:引入拟合优度值R和方均根误差RMSE对各个模型拟合试验数据优

2 2 2

劣程度进行评判,R取值范围为[0,1],R越接近于1则拟合效果越好,反之R靠近0则模型匹2

配度不理想,RMSE值越小表示模型拟合效果越好,R与RMSE的计算公式如下:其中,yi代表第i个原始数据点,为原始数据平均值,为模型计算值,n为原始数据点数量。

4.根据权利要求1所述的一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,所述步骤S4中,基于建立的曲轴剩余寿命预测的状态转移方程和观测方程作为现验数据,采用粒子滤波算法对曲轴疲劳寿命进行预测的具体步骤如下:S401、初始状态

设置初始化迭代次数t=0,粒子数目N以及算法中所涉及的各种参数值,用大量的粒子模拟x(t),粒子在空间里面均匀的分布,并将粒子群中的所有粒子初始权重值均设置为1/N;

S402、预测状态

从已知的过程噪声ωt中采样得到N个噪声粒子,根据状态转移方程式计算下一次迭代时粒子位置的预测值式中,xk表示系统当前时刻的状态值,yk表示系统当前的观测值,f(·)代表状态转移函数,表征前一时刻和现在时刻状态之间的函数关系,h(·)代表观测函数,uk代表系统的过程噪声,vk代表系统的观测噪声;

S403、重要性采样

设置迭代次数t=t+1,从重要性密度函数 中进行随机采样粒子群集,使用表示;

S404、校正阶段

计算各粒子的权重值,对预测粒子进行权重评估,计算粒子集中的所有粒子的权重值S405、权值归一化进行权值归一化,

S406、重采样

计算有效粒子数Neff,设置门限值Nth,当且仅当Neff

S407、状态输出

进行状态输出;

S408、迭代是否结束

判断是否结束,如果结束则退出,否则转向第S302步。

5.根据权利要求3所述的一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,在获取曲轴裂纹深度随循环次数的增加而增加的试验数据后,所述步骤S101中,还包括对获取的试验数据进行处理加工,把前面一部分曲轴裂纹萌生的曲轴裂纹深度和对应的循环次数的数据舍弃掉。

6.根据权利要求3所述的一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,所述步骤S101中,获取曲轴裂纹深度随循环次数的增加而增加的试验数据的具体步骤如下:曲轴疲劳试验台加载强化载荷对曲轴进行循环,计算其失效时的循环次数。

7.根据权利要求4所述的一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,所述步骤S304中,有效粒子数Neff采用如下计算公式计算:

8.根据权利要求1所述的一种曲轴加速疲劳试验的方法,其特征在于,还包括如下步骤:S5、对曲轴疲劳寿命进行预测得到的疲劳寿命和应力进行对数处理,通过最小二乘法,对所得到的疲劳寿命和应力进行拟合,得到零件应力和疲劳寿命之间的对数线性关系;

S6、根据之前通过拟合得到的线性关系的基础上,使用其中一个疲劳寿命的加载弯矩作为QCI点,计算疲劳极限载荷:式中,FSi为用第i个试件测得的母体疲劳极限的估计值,Ni为第i个试件失效时的试验次数,Si为第i个试件的载荷,SA为过使用最小二乘法进行拟合得到的QCI点的应力值,NA是在应力为得到的SA的水平作用下曲轴所对应的寿命值;

S7、对第i个试件测得的母体疲劳极限的估计值进行排序,并计算中位秩:其中, ik是平均失效序号,n是样本容量,j代表总的失效序号;

在此基础上采用正态分布模型进行分析,获得实际工程所需要的曲轴在50%存活几率下的疲劳极限载荷。