[发明专利]一种面向数字孪生的刹车片磨损预测模型构建方法

说明书

一种面向数字孪生的刹车片磨损预测模型构建方法包括如下步骤：步骤一：基于经典Archard模型，构建影响刹车片磨损的因素集，包括(1)基于接触力学机理的Archard磨损模型确定、(2)基于刹车片的工作机理确定影响其寿命的参数、(3)基于Archard模型以及刹车片的工作机理，构建影响刹车片磨损的因素集；步骤二：建立刹车片接触表面相对滑移距离模型；步骤三：建立刹车片摩擦副材料布氏硬度模型；步骤四：构建面向数字孪生的刹车片磨损预测模型。

(一)技术领域

本发明属于安全与可靠性工程领域，具体涉及一种面向数字孪生的刹车片磨损预测模型构建方法。

(二)背景技术

刹车片是装备制动过程中核心执行部件，其性能好坏可以直接影响装备的可靠性和安全性。当前针对刹车片磨损量预测的研究方法主要有三种，分别是采用基于实验模拟的仿真方法、基于材料性能的分析方法和基于物理-数据驱动的预测方法。其中，基于物理-数据驱动的方法是目前应用比较广泛的方法，但是该方法难以将刹车片在实际运行过程中受到的真实载荷考虑进来，从而导致模型在实际真实工况条件下的预测结果不准确。

数字孪生技术可以将物理空间装备的实际运行数据实时传输到数字空间进行建模计算，这种运行数据可以包括装备自身的状态数据和装备受到的载荷数据。因此，刹车片的在线实时磨损量预测问题可以采用数字孪生技术解决，但是传统的物理-数据驱动的磨损量预测模型需要面向数字孪生技术进行重构，以精准处理传感器实时采集的大量数据。鉴于此，本发明提出了一种面向数字孪生的刹车片磨损预测模型构建方法，可以综合考虑装备实际运行中的真实工况载荷，进而描述出刹车片在真实工况条件下的退化情况，为刹车片的状态监控与寿命预测提供指导。

(三)发明内容

针对上述问题，本发明提供一种面向数字孪生的刹车片磨损预测模型，可以实现面向数字孪生技术的刹车片磨损状态分析与评估，为刹车片的磨损状态监控与寿命预测提供指导，主要包括以下步骤：

步骤一：基于经典Archard模型，构建影响刹车片磨损的因素集。

考虑基于接触力学机理的经典磨损模型，结合刹车片的工作机理，构建影响刹车片磨损的因素集。本步骤包含3个子步骤：

步骤1：基于接触力学机理的Archard磨损模型，其表达式如下：

其中，W为接触表面的磨损量；N为接触表面的法向压力载荷；L为接触表面的相对滑移距离；H为摩擦副材料的布什硬度；K为磨损系数。

步骤2：基于刹车片的工作机理，确定影响刹车片寿命的参数，如表1所示：

表1影响刹车片寿命的参数