基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及橡膠減振器壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)預(yù) 測(cè)橡膠減振器的使用壽命的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 橡膠減振器具有制品彈性參數(shù)可調(diào)，可以衰減、吸收低頻、高頻振動(dòng)和噪聲，沖擊 剛度大于動(dòng)剛度和靜剛度，以及體積小、重量輕、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，故在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛采用。 但是橡膠減振器在實(shí)際使用過(guò)程中由于存在應(yīng)力應(yīng)變的疲勞破壞和橡膠材料老化的影響， 有一個(gè)使用壽命的問(wèn)題，橡膠減振器的使用壽命同時(shí)受到減振器老化和疲勞相互作用的制 約。橡膠材料一旦發(fā)生疲勞破壞和老化，橡膠減振器的剛度和阻尼參數(shù)將會(huì)逐漸偏離設(shè)計(jì) 值，其隔振抗沖性能也即受到直接影響。如果能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)橡膠減振器的老化和疲勞壽命， 制定準(zhǔn)確的維護(hù)、保養(yǎng)及更換的操作規(guī)程，可以大大減少運(yùn)營(yíng)檢修成本。因此合理預(yù)測(cè)橡膠 減振器的使用壽命，已成為橡膠減振器工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用中一項(xiàng)急需解決的問(wèn)題。
[0003] 到目前為止，國(guó)內(nèi)外多是將橡膠的老化壽命和疲勞壽命分開(kāi)研宄。
[0004] 在研宄橡膠老化壽命時(shí)，國(guó)內(nèi)外利用加速老化預(yù)測(cè)橡膠老化壽命，多選擇經(jīng)驗(yàn)公 式，計(jì)算老化性能臨界值和反應(yīng)速率，即動(dòng)力學(xué)處理方法。無(wú)論是根據(jù)《HG-T3087-2001靜 密封橡膠零件貯存期快速測(cè)定方法》和《GBT 20028-2005硫化橡膠或熱塑性橡膠應(yīng)用阿累 尼烏斯圖推算壽命和最高使用溫度》，在利用Arrhenius方程進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，由于Arrhenius 方程中把活化能E在各個(gè)溫度下看做是不變量，而且對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式中a值的選擇也很大程度 上影響了預(yù)測(cè)結(jié)果，這都造成橡膠材料壽命預(yù)測(cè)壽命模型的失真問(wèn)題。同時(shí)對(duì)于橡膠減振 器這一類的橡膠制品直接利用橡膠試樣的扯斷伸長(zhǎng)率等來(lái)表征橡膠制品的性能，會(huì)造成對(duì) 橡膠制品的整體老化壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確。
[0005] 在研宄橡膠的疲勞壽命時(shí)，現(xiàn)在多是應(yīng)用基于斷裂力學(xué)的裂紋擴(kuò)展能量判據(jù)來(lái)表 征橡膠的疲勞壽命，但是研宄是基于裂紋擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)試樣，對(duì)于預(yù)測(cè)類似減振器這樣形狀 復(fù)雜的橡膠制品的疲勞壽命有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述的現(xiàn)有預(yù)測(cè)技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減 振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，研宄受到老化與疲勞雙重作用的橡膠減振器。該方法通過(guò)加速老 化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建立兩次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，第一次建立橡膠減振器老化壽命的神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，第二次建立起老化和疲勞疊加作用的橡膠減振器使用壽命的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型， 從而推測(cè)常溫下的橡膠減振器使用壽命。
[0007] 本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)解決方案是：
[0008] -種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，該方法包括以下步驟：
[0009] 步驟1、建立橡膠減振器老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其中進(jìn)行加速老化試驗(yàn)時(shí)， 在不同加速老化試驗(yàn)溫度和加速老化試驗(yàn)時(shí)間條件下進(jìn)行老化試驗(yàn)，并測(cè)量性能保持率， 將這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為該老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練樣本；
[0010] 運(yùn)用建立的老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)老化壽命，即建立起橡膠減振器老 化性能達(dá)到某性能保持率時(shí)，某一加速老化試驗(yàn)溫度T下的加速老化試驗(yàn)時(shí)間與常溫下的 老化時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0011] 步驟2、建立橡膠減振器使用壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該建立方法包括：
[0012] 步驟21、取工作M年的舊件，測(cè)量其性能保持率為P，由所述步驟1中的老化壽命 的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出，常溫下橡膠減振器使用M年對(duì)應(yīng)加速老化試驗(yàn)溫度T下的加速老 化試驗(yàn)時(shí)間m天；
[0013] 正常工作M年的舊件同時(shí)受到老化和疲勞的作用，此時(shí)，僅老化后的橡膠減振器 的性能保持率達(dá)不到P，將新件在溫度下T下進(jìn)行加速老化試驗(yàn)m天后，再進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，當(dāng) 疲勞試驗(yàn)的疲勞載荷為N次時(shí)，橡膠減振器的性能保持率達(dá)到P ;
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以 下步驟： 步驟1、建立橡膠減振器老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其中進(jìn)行加速老化試驗(yàn)時(shí)，在不 同加速老化試驗(yàn)溫度和加速老化試驗(yàn)時(shí)間條件下進(jìn)行老化試驗(yàn)，并測(cè)量性能保持率，將這 些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為該老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練樣本； 運(yùn)用建立的老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)老化壽命，即建立起橡膠減振器老化性 能達(dá)到某性能保持率時(shí)，某一加速老化試驗(yàn)溫度T下的加速老化試驗(yàn)時(shí)間與常溫下的老化 時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 步驟2、建立橡膠減振器使用壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該建立方法包括： 步驟21、取工作M年的舊件，測(cè)量其性能保持率為P，由所述步驟1中的老化壽命的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出，常溫下橡膠減振器使用M年對(duì)應(yīng)加速老化試驗(yàn)溫度T下的加速老化試 驗(yàn)時(shí)間m天； 此時(shí)，僅老化后的橡膠減振器的性能保持率達(dá)不到P，將新件在溫度下T下進(jìn)行加速老 化試驗(yàn)m天后，再進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，當(dāng)疲勞試驗(yàn)的疲勞載荷為N次時(shí)，橡膠減振器的性能保持 率達(dá)到P ; 對(duì)于疲勞，每年的疲勞載荷是均勻且相等的，得出每年的平均載荷用g表示； M 步驟22、取多個(gè)舊件，先利用步驟1中的老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)出在某加速 老化試驗(yàn)溫度下的加速老化試驗(yàn)時(shí)間，再根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)舊件進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，然后對(duì) 老化試驗(yàn)完的橡膠減振器進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，該疲勞試驗(yàn)的疲勞載荷根據(jù)該舊件的工作時(shí)間及 所述步驟21中計(jì)算得到的平均載荷計(jì)算得到，最后對(duì)進(jìn)行完疲勞試驗(yàn)的橡膠減振器測(cè)量 性能保持率，將采用上述方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為該建立使用壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練 樣本； 步驟3、運(yùn)用步驟2所建立的使用壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)對(duì)橡膠減振器的使用壽命 進(jìn)行預(yù)測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，其特征 在于，所述步驟1和步驟2中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)均為三層，分別為輸入層、隱含層和輸 出層，輸入層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)均為兩個(gè)，輸出層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)均為一個(gè)，隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù) 均通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式推算和試湊調(diào)整決定，激活函數(shù)均為S型激活函數(shù)；其中步驟1中BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的輸入為加速老化試驗(yàn)溫度和加速老化試驗(yàn)時(shí)間，輸出為老化下的性能保持率；步驟 2中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為加速老化試驗(yàn)時(shí)間和疲勞載荷，輸出為老化和疲勞疊加下的性能 保持率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在 于，所述步驟1和步驟2中加速老化試驗(yàn)為熱空氣加速老化試驗(yàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在 于，所述步驟1和步驟2中建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所用的訓(xùn)練樣本中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)隨機(jī)分為兩部分， 一部分為訓(xùn)練樣本集，另一部分為測(cè)試樣本集。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在 于，所述步驟1和步驟2中所述的訓(xùn)練樣本所用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理后才能用于建立 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行處理的方法為歸一化處理方法。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橡膠減振器使用壽命預(yù)測(cè)方法，先建立橡膠減振器老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，再根據(jù)所建立的橡膠減振器的老化壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合疲勞壽命，建立橡膠減振器使用壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，最后利用使用壽命的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)使用壽命。本發(fā)明將影響橡膠減振器使用的老化因素與疲勞因素結(jié)合在一起，合理的建立橡膠減振器的使用壽命預(yù)測(cè)模型，較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)出減振器在收到老化和疲勞共同作用時(shí)的使用壽命，克服了對(duì)老化壽命和疲勞壽命分開(kāi)研究產(chǎn)生的對(duì)橡膠減振器的使用壽命預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。
【IPC分類】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104834808
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510161451
【發(fā)明人】曾憲奎, 孫延奎, 韓廣文, 苗清, 郝建國(guó)
【申請(qǐng)人】青島科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日