[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

摘要

基于脉冲试验获取工程机械轮胎垂向特性参数的方法；通过建立轮胎-路面耦合三维有限元模型和脉冲工况虚拟动力学仿真，获得多组估计材料参数对应的轮胎中心点垂向加速度；其次，通过实车道路脉冲试验获得的数据，经过神经网络辨识出轮胎各组分的材料参数；最后，通过基于虚拟试验台的垂向静态加载试验和自由振动衰减试验获得超大型轮胎的垂向刚度阻尼参数。本发明以仿真方法结合实车试验，获得轮胎加速度特性曲线，进而获得轮胎垂向刚度阻尼参数，不受轮胎尺寸、载荷约束，不需进行台架试验，试验成本低；得到的轮胎材料参数较分离的材料性能试验测得的组份材料参数将更加符合实际；适应于获取超大型轮胎力学特性参数。

主权项

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。