[发明专利]基于脉冲试验获取工程机械轮胎垂向特性参数的方法

权利要求书

1.基于脉冲试验获取工程机械轮胎垂向特性参数的方法，包括下述步骤：

步骤一、建立轮胎-路面耦合三维有限元模型

首先，根据设计的轮胎尺寸数据绘制轮胎CAD截面轮廓图，按构成轮胎材 料性质不同，将轮胎CAD截面轮廓图划分为钢丝圈、帘布层、带束层、橡胶层 四个部分，在所述四个部分中，分别划分网格；将轮胎CAD截面轮廓图绕轮胎 中心轴旋转360°，得到按材料性质分区的轮胎三维有限元模型；不同性质材料 区域之间按粘连方式建立接触，轮胎气压1Mpa；

其次，以实车连接杆系对轮胎的约束为边界条件，对轮胎三维有限元模型 进行约束，得到连接杆系约束的轮胎三维有限元模型；

最后，以实车运行时路面对轮胎的约束作为边界条件，对连接杆系约束的 轮胎三维有限元模型进行约束，得到轮胎-路面耦合三维有限元模型；

步骤二、脉冲工况虚拟试验仿真

在步骤一得到的轮胎-路面耦合三维有限元模型中设置三角形脉冲块，得到 包含脉冲块的轮胎-路面耦合三维有限元模型；

根据构成轮胎的钢丝圈、帘布层、带束层、橡胶层的泊松比、弹性模量的 经验数据，分别确定钢丝圈、帘布层、带束层、橡胶层的泊松比、弹性模量的 基准数

在钢丝圈、帘布层、带束层、橡胶层的泊松比、弹性模量的基准数的±10-20％ 范围内，采用优化拉丁超立方抽样方法选取至少40组钢丝圈、帘布层、带束层、 橡胶层的泊松比、弹性模量的数值，作为脉冲工况虚拟试验仿真的输入参数； 将每一组脉冲工况虚拟试验仿真的输入参数代入包含三角形脉冲块的轮胎-路 面耦合三维有限元模型中，以运行速度V进行脉冲工况虚拟试验仿真，得到至 少40条轮胎中心点垂向加速度曲线；运行速度V取值范围为20-60Km/h；

步骤三、神经网络训练

选择神经网络的类型为BP网络；

选择步骤二得到的轮胎中心点垂向加速度曲线中的至少35条曲线，对所选 的每一条曲线的脉冲响应段的加速度曲线段进行n等分，得到至少35组脉冲响 应段内轮胎中心点n个垂向加速度值，将每组n个垂向加速度值作为BP网络的 输入样本，BP网络运行后，得到网络输出值；

对BP网络进行反复训练；

当BP网络的输出值与相应垂向加速度曲线对应的脉冲虚拟试验仿真轮胎有 限元模型的钢丝圈、帘布层、带束层、橡胶层的泊松比和弹性模量的输入值之 间的误差≤0.5-1％时，完成神经网络训练；得到训练好的神经网络；

步骤四、获取轮胎材料参数

对实际车辆按运行速度V进行脉冲试验，得到轮胎中心垂向加速度曲线； 然后，将获得的轮胎中心垂向加速度曲线中脉冲响应段的加速度曲线段进行n 等分，得到脉冲响应段内轮胎中心点n个垂向加速度值，将n个垂向加速度值 作为BP网络的输入参数，代入步骤三训练好的BP神经网络中，网络的输出值 即为实际轮胎中钢丝圈、帘布层、带束层、橡胶层的泊松比、弹性模量值；

步骤五、建立虚拟仿真试验台

首先，将步骤四得到的实际轮胎中钢丝圈、帘布层、带束层、橡胶层的泊松比、 弹性模量值代入步骤一得到的按材料性质分区的轮胎三维有限元模型，得到赋 予了轮胎真实材料参数的轮胎三维有限元模型，然后，在赋予了轮胎真实材料 参数的轮胎三维有限元模型中，对轮胎中心施加固定约束，同时，建立与轮胎 竖直下表面刚性接触的水平支撑板，得到施加固定约束的轮胎三维有限元模型 虚拟仿真试验台；

步骤六、在步骤五得到的施加固定约束的轮胎三维有限元模型虚拟仿真试 验台中，通过水平支撑板对轮胎下表面施加竖直方向的静压力，测量轮胎变形， 获得以竖直方向的静压力为纵坐标，轮胎变形量为横坐标的关系曲线，曲线中 各点处的切线的斜率构成的曲线即为轮胎的垂向非线性刚度曲线；

步骤七、在步骤五得到的施加固定约束的轮胎三维有限元模型虚拟仿真试 验台中，释放轮胎中心的垂向自由度，将赋予了轮胎真实材料参数的轮胎三维 有限元模型抬升至距水平支撑板的垂直距离至少为轮胎直径d的1/12mm后，自 由落下至水平支撑板上，测量轮胎三维有限元模型中心点位移的垂向自由振动 响应，获取轮胎中心点位移的自由衰减振动曲线，通过自由衰减振动曲线计算 轮胎的垂向阻尼比。