本發(fā)明涉及復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)，尤其涉及一種輪轂式傳動(dòng)裝置的高性能復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域包含對(duì)各類(lèi)復(fù)合材料在特定應(yīng)用場(chǎng)景下物理力學(xué)性能的建模、分析與評(píng)估過(guò)程。該技術(shù)領(lǐng)域的核心內(nèi)容是通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)量以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模等手段，獲取復(fù)合材料在復(fù)雜受力或服役條件下的關(guān)鍵性能指標(biāo)，如強(qiáng)度、剛度、疲勞壽命等。整體上，復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)技術(shù)涉及材料微觀結(jié)構(gòu)建模、性能參數(shù)辨識(shí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)值仿真計(jì)算等多個(gè)環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、能源裝備等高性能結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中，尤其適用于需要在早期設(shè)計(jì)階段快速獲取材料行為的場(chǎng)景。

2、其中，輪轂式傳動(dòng)裝置的高性能復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)方法是指針對(duì)應(yīng)用于輪轂式傳動(dòng)裝置中的高性能復(fù)合材料部件，在已知其材料組成與幾何特征的基礎(chǔ)上，采用基于多尺度力學(xué)建模的方式，結(jié)合熱力耦合計(jì)算理論與結(jié)構(gòu)響應(yīng)求解方法，構(gòu)建復(fù)合材料各向異性性能的預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸確定模型中關(guān)鍵參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其強(qiáng)度分布與熱變形趨勢(shì)的分析預(yù)測(cè)。該方法通常借助有限元建模分析、材料層合理論計(jì)算以及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)解析等手段完成。

3、現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨的不足之一是對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能預(yù)測(cè)通常過(guò)于依賴?yán)碚撃Ｐ团c實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而忽略了實(shí)際工況下的動(dòng)態(tài)反饋。該方法無(wú)法充分處理工況變化對(duì)材料性能的影響，且通常在設(shè)計(jì)初期就已鎖定了預(yù)測(cè)參數(shù)，無(wú)法根據(jù)后續(xù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。由于這些方法更多依賴于初步的假設(shè)條件，導(dǎo)致在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際性能之間的差異逐漸擴(kuò)大，無(wú)法有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜工作環(huán)境中的材料行為。此外，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于應(yīng)力應(yīng)變分布的分析較為粗略，無(wú)法對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行精細(xì)的響應(yīng)預(yù)測(cè)，尤其是在高性能結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用中，這種不足可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)上的不準(zhǔn)確性，影響材料的長(zhǎng)期使用壽命與安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種輪轂式傳動(dòng)裝置的高性能復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種輪轂式傳動(dòng)裝置的高性能復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、s1：獲取復(fù)合材料的基本力學(xué)特性，包括彈性模量、強(qiáng)度和斷裂韌性數(shù)據(jù)和工作載荷信息，依據(jù)運(yùn)行環(huán)境定義初步預(yù)測(cè)框架，建立基準(zhǔn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)值，并通過(guò)載荷數(shù)據(jù)與環(huán)境條件，生成初步動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值；

4、s2：基于所述初步動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值，采集復(fù)合材料在實(shí)際工況下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行噪聲過(guò)濾，與當(dāng)前工作載荷和環(huán)境數(shù)據(jù)比對(duì)，生成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集；

5、s3：根據(jù)所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，計(jì)算動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值差異，調(diào)整預(yù)測(cè)框架中輸入因素，生成更新后動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值；

6、s4：基于所述更新后動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值，獲取復(fù)合材料應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析區(qū)域應(yīng)變分布情況，根據(jù)載荷強(qiáng)度與應(yīng)變關(guān)系，篩選應(yīng)變變化劇烈區(qū)域并重新分配網(wǎng)格密度，生成局部應(yīng)變與載荷耦合區(qū)域；

7、s5：結(jié)合所述局部應(yīng)變與載荷耦合區(qū)域，調(diào)整對(duì)應(yīng)區(qū)域網(wǎng)格密度，進(jìn)行細(xì)化強(qiáng)度分析，依據(jù)區(qū)域的載荷與應(yīng)變關(guān)系，生成局部強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述初步動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值包括基準(zhǔn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)值、載荷數(shù)據(jù)、環(huán)境條件；所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集包括傳感器數(shù)據(jù)、噪聲過(guò)濾后的數(shù)據(jù)、工作載荷信息、環(huán)境數(shù)據(jù)；所述更新后動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值包括誤差分析后的預(yù)測(cè)框架、調(diào)整后的輸入因素、優(yōu)化后的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)；所述局部應(yīng)變與載荷耦合區(qū)域包括應(yīng)變變化劇烈的區(qū)域、重新分配的網(wǎng)格密度；所述局部強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果包括調(diào)整網(wǎng)格密度后的強(qiáng)度分析結(jié)果、區(qū)域載荷與應(yīng)變關(guān)系。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，s1的具體步驟為：

10、s101：獲取復(fù)合材料彈性模量、強(qiáng)度及斷裂韌性，同步采集實(shí)際使用中載荷的幅度、方向、頻率，提取環(huán)境中的溫度、濕度及腐蝕介質(zhì)類(lèi)型，得到材料性能數(shù)據(jù)與環(huán)境載荷數(shù)據(jù)；

11、s102：調(diào)用所述材料性能數(shù)據(jù)與環(huán)境載荷數(shù)據(jù)中的彈性模量、強(qiáng)度、斷裂韌性，及溫度、濕度、腐蝕介質(zhì)類(lèi)型，將環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為材料性能調(diào)整值，基于彈性模量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)頻率，結(jié)合強(qiáng)度與斷裂韌性確定材料失效臨界值，建立基準(zhǔn)響應(yīng)數(shù)據(jù)；

12、s103：調(diào)用所述基準(zhǔn)響應(yīng)數(shù)據(jù)中的標(biāo)準(zhǔn)頻率、臨界應(yīng)力、裂紋擴(kuò)展速率，計(jì)算載荷頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率的差異，對(duì)比臨界應(yīng)力與載荷幅度得出剩余承載范圍，結(jié)合裂紋擴(kuò)展速率與環(huán)境腐蝕類(lèi)型調(diào)整擴(kuò)展速率，整合差異值、剩余承載范圍及調(diào)整后的擴(kuò)展速率，生成初步動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，s2的具體步驟為：

14、s201：基于所述初步動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值，采集復(fù)合材料動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值對(duì)應(yīng)的傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)傳感器信號(hào)中超出預(yù)測(cè)范圍的波動(dòng)分量進(jìn)行平滑處理，將原始數(shù)據(jù)與截?cái)嚅撝捣秶M(jìn)行差值比較，篩選異常波動(dòng)點(diǎn)，生成過(guò)濾后的傳感器數(shù)據(jù)集；

15、s202：基于所述過(guò)濾后的傳感器數(shù)據(jù)集，調(diào)用當(dāng)前工作載荷的位移梯度量和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算傳感器應(yīng)變值與載荷位移梯度的線性關(guān)系，提取環(huán)境溫度對(duì)數(shù)據(jù)的補(bǔ)償修正項(xiàng)，將修正數(shù)據(jù)與載荷、環(huán)境基準(zhǔn)進(jìn)行時(shí)序差值運(yùn)算，生成載荷差異和環(huán)境偏離度；

16、s203：整合所述載荷差異和環(huán)境偏離度與所述過(guò)濾后的傳感器數(shù)據(jù)集，按照載荷循環(huán)周期對(duì)齊時(shí)間序列節(jié)點(diǎn)，以固定采樣間隔更新數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，生成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述將原始數(shù)據(jù)與截?cái)嚅撝捣秶M(jìn)行差值比較的具體計(jì)算公式為：

18、；

19、其中，代表第個(gè)傳感器在時(shí)間時(shí)刻的動(dòng)態(tài)波動(dòng)偏離值，代表第個(gè)傳感器在時(shí)間時(shí)刻的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，代表第個(gè)傳感器在時(shí)間時(shí)刻的截?cái)嘞麻撝?，代表第個(gè)傳感器在時(shí)間時(shí)刻的截?cái)嗌祥撝担淼趥€(gè)傳感器在過(guò)去一定時(shí)間窗口內(nèi)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，代表當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)差值的絕對(duì)值，代表當(dāng)前評(píng)估時(shí)間段內(nèi)所有時(shí)間節(jié)點(diǎn)差值絕對(duì)值的平均值。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，s3的具體步驟為：

21、s301：獲取所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集內(nèi)當(dāng)前動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值，計(jì)算兩者在相同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)值差值，將差值絕對(duì)值作為基準(zhǔn)依據(jù)，生成動(dòng)態(tài)差異值；

22、s302：基于所述動(dòng)態(tài)差異值，識(shí)別差異值超過(guò)預(yù)設(shè)誤差閾值的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，提取該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入因素原始數(shù)據(jù)，根據(jù)差異值與誤差閾值的比例關(guān)系，對(duì)輸入因素原有影響比例執(zhí)行反向修正，生成輸入因素調(diào)整比例；

23、s303：調(diào)用所述輸入因素調(diào)整比例，對(duì)預(yù)測(cè)框架內(nèi)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加運(yùn)算，將修正后影響程度與原始輸入因素執(zhí)行乘積求和，重新計(jì)算全時(shí)段動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值，生成更新后動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)值。

24、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，s4的具體步驟為：

25、s401：根據(jù)所述更新后動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)值，提取復(fù)合材料在更新后動(dòng)態(tài)響應(yīng)下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，基于載荷強(qiáng)度與應(yīng)變關(guān)系，采集多個(gè)區(qū)域的應(yīng)變值，計(jì)算區(qū)域的應(yīng)變分布，并分析區(qū)域的應(yīng)變強(qiáng)度差異及變化趨勢(shì)，得到區(qū)域應(yīng)變分布數(shù)據(jù)；

26、s402：根據(jù)所述區(qū)域應(yīng)變分布數(shù)據(jù)，設(shè)定應(yīng)變變化的閾值，篩選應(yīng)變變化劇烈的區(qū)域，識(shí)別應(yīng)力集中的關(guān)鍵部位，并標(biāo)為重點(diǎn)區(qū)域，得到劇烈應(yīng)變區(qū)域數(shù)據(jù)；

27、s403：根據(jù)所述劇烈應(yīng)變區(qū)域數(shù)據(jù)，對(duì)篩選區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格密度調(diào)整，細(xì)化網(wǎng)格劃分，計(jì)算調(diào)整后區(qū)域的應(yīng)變響應(yīng)，并生成局部應(yīng)變與載荷耦合區(qū)域。

28、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述計(jì)算區(qū)域的應(yīng)變分布的具體計(jì)算公式為：

29、；

30、計(jì)算區(qū)域應(yīng)變分布，得到應(yīng)變強(qiáng)度與區(qū)域應(yīng)變強(qiáng)度差異；

31、其中，代表區(qū)域處的應(yīng)變值，代表該區(qū)域受到的載荷強(qiáng)度，代表該區(qū)域的受力面積，代表該區(qū)域的材料彈性系數(shù)，代表該區(qū)域的應(yīng)變反應(yīng)半徑。

32、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，s5的具體步驟為：

33、s501：根據(jù)所述局部應(yīng)變與載荷耦合區(qū)域，提取應(yīng)變數(shù)據(jù)及載荷信息，基于區(qū)域應(yīng)變與載荷關(guān)系建立網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定網(wǎng)格細(xì)化區(qū)域，獲取細(xì)化區(qū)域的初始網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分優(yōu)化，生成高密度網(wǎng)格區(qū)域；

34、s502：基于所述高密度網(wǎng)格區(qū)域，提取密度網(wǎng)格區(qū)域的局部應(yīng)力應(yīng)變信息，通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計(jì)算局部強(qiáng)度，得到局部強(qiáng)度預(yù)測(cè)值；

35、s503：根據(jù)所述局部強(qiáng)度預(yù)測(cè)值，將局部強(qiáng)度預(yù)測(cè)值與設(shè)定的安全強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，判定強(qiáng)度超標(biāo)區(qū)域，并通過(guò)分析載荷作用與局部應(yīng)變關(guān)系，生成局部強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果。

36、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述基于區(qū)域應(yīng)變與載荷關(guān)系建立網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)的具體計(jì)算公式為：

37、；

38、其中，代表網(wǎng)格單元的細(xì)化值，代表第個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的應(yīng)變值，代表對(duì)應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的載荷，代表對(duì)應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的幾何區(qū)域，代表應(yīng)變區(qū)域內(nèi)最大應(yīng)變值，代表應(yīng)變區(qū)域內(nèi)最小應(yīng)變值，代表網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)點(diǎn)的總數(shù)。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

40、本發(fā)明中，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)差異分析優(yōu)化了輸入因素，提高預(yù)測(cè)精度，局部應(yīng)變分析和網(wǎng)格密度調(diào)整反映了材料在特定條件下的強(qiáng)度分布，自適應(yīng)調(diào)整預(yù)測(cè)框架能夠根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行優(yōu)化，避免了過(guò)度依賴初始假設(shè)，精細(xì)化網(wǎng)格和應(yīng)變分析提供了局部強(qiáng)度預(yù)測(cè)，提升了預(yù)測(cè)的靈活性和可靠性。