本發(fā)明涉及智能振動影響因子計算領域，尤其涉及一種智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法。

背景技術(shù)：

1、智能輪胎融合了傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)等多種先進技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)輪胎狀況的實時追蹤與監(jiān)控，避免在使用過程中出現(xiàn)輪胎老化、破損等情況，以及二手胎、翻新胎等問題，降低交通事故率，并能為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的控制提供參考數(shù)據(jù)。為提高汽車行駛過程中輪胎的可靠性，減少相關事故，輪胎的設計者和生產(chǎn)者做了大量的嘗試，還將虛擬仿真技術(shù)應用到了輪胎的設計之中，包括改善材料的性能，改進輪胎的結(jié)構(gòu)，增加輪胎的強度，嵌入金屬網(wǎng)層等。這些技術(shù)在顯著提升輪胎壽命的同時也提高了輪胎的安全性，但輪胎中的焊接連接結(jié)構(gòu)對輪胎的安全性以及壽命影響顯著。焊接是工程結(jié)構(gòu)最常見的連接形式之一，其疲勞特性的研究一直是工程研究的重點。網(wǎng)格不敏感的結(jié)構(gòu)應力法，也稱為主s-n曲線法在近年來在工業(yè)領域得到廣泛應用，已被2007asme?sec.viiidiv.2和api?579/asmeffs-1、法國船級社nt?3199等標準和焊接疲勞設計規(guī)范所采用。該方法能獲得焊接結(jié)構(gòu)的薄弱位置，任意走向焊縫的疲勞壽命分布情況，在橋梁工程、核電裝備、海洋結(jié)構(gòu)、軌道交通裝備等行業(yè)得到應用和驗證，被證明是有效的方法。

2、目前，結(jié)構(gòu)應力法普遍使用準靜態(tài)方式。準靜態(tài)法是不考慮結(jié)構(gòu)的振動效應，外部激振頻率遠離于結(jié)構(gòu)共振頻率的疲勞分析方法。實際上，焊接結(jié)構(gòu)在服役過程中往往伴隨著振動，車輛在行駛過程中輪胎的收到懸架以及路面的激勵等而產(chǎn)生隨機振動。這些外部激擾的頻率只要靠近結(jié)構(gòu)的固有頻率，就會增大結(jié)構(gòu)焊縫的振動幅度，進而對焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度產(chǎn)生影響。在實際工程結(jié)構(gòu)中，要完全避免它們幾乎是不可能的，如果不考慮這些振動，將會使得抗疲勞設計過于樂觀，導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生遠低于預期的疲勞失效，帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，本發(fā)明所提出的智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法對焊接結(jié)構(gòu)抗疲勞設計具有重大的理論研究和應用意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明公開了一種智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法，可以有效的量化各個頻率在焊接結(jié)構(gòu)振動疲勞中的貢獻量，克服了傳統(tǒng)方法無法衡量振動疲勞貢獻程度的問題，為優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)的振動疲勞提供了理論依據(jù)，同時提供一種檢測智能輪胎的結(jié)構(gòu)疲勞情況的思路。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

3、一種智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法，包括以下步驟：

4、步驟1，智能輪胎獲取輪胎的焊縫點、實際約束以及載荷等信息；

5、步驟2，智能輪胎將獲取的信息上傳云端，云端通過使用模態(tài)疊加法對焊接結(jié)構(gòu)進行瞬態(tài)分析，計算焊縫節(jié)點位置的瞬態(tài)響應結(jié)構(gòu)應力；

6、步驟3，云端利用傅里葉變換獲得焊縫節(jié)點位置的瞬態(tài)響應結(jié)構(gòu)應力功率譜密度，并對各個頻率下的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)應力功率譜密度歸一化計算得到各個頻率的結(jié)構(gòu)應力振動影響因子；

7、步驟4，云端將計算得到的結(jié)構(gòu)應力振動影響因子信息傳給智能輪胎，實時更新智能輪胎信息。

8、進一步，所述步驟2中的瞬態(tài)分析的具體計算方法為：將阻尼矩陣及質(zhì)量矩陣引入焊接結(jié)構(gòu)動力學方程：

9、

10、式中：[m]是質(zhì)量矩陣，是節(jié)點加速度向量，[c]是阻尼矩陣，是節(jié)點速度向量，[k]是剛度矩陣，{u}是節(jié)點速度向量，f(t)是隨時間變化的載荷。

11、將物理坐標系下的位移向量表示為：

12、

13、式中，[φ]為結(jié)構(gòu)n階主振型向量{φn}構(gòu)成的n維空間的向量基，ξn(t)為第n階模態(tài)所對應的模態(tài)主坐標，將式(2)代入式(1)將運動方程有物理坐標轉(zhuǎn)化為模態(tài)坐標，即：

14、

15、由于向量基[φ]關于質(zhì)量、阻尼及剛度矩陣正交，所以方程(1)可被解耦為一系列相互獨立的單自由度結(jié)構(gòu)動力微分方程：

16、

17、式中，mj、cj、kj分別為[φ]t[m][φ]、[φ]t[c][φ]及[φ]t[k][φ]的對角線元素，假設fj(t)＝fjeiωt可得出模態(tài)主坐標響應如下：

18、

19、進一步，計算出物理坐標下節(jié)點位移響應及節(jié)點應力響應：

20、

21、進一步，根據(jù)瞬態(tài)分析的計算結(jié)果，提取焊縫單元的節(jié)點力矩陣{f(t)}及彎矩矩陣{m(t)}，瞬態(tài)結(jié)構(gòu)應力的計算公式為：

22、

23、式中：σm(t)為膜動應力，σb(t)為彎曲動應力的瞬態(tài)響應時間歷程；d為板厚；fy(t)為隨時間變化的線載荷；mx(t)為隨時間變化的線力矩。

24、

25、式中：{fε(t)}為焊縫局部坐標系下的節(jié)點力矩陣，{fε(t)}＝t{f(t)}；{mε(t)}為焊縫局部坐標系下的彎矩矩陣，{mε(t)}＝t{m(t)}；t為轉(zhuǎn)換矩陣；l為長度等效矩陣。

26、

27、進一步，所述步驟3中歸一化的計算方法為：

28、

29、式中：qr為第r個頻率的結(jié)構(gòu)應力振動影響因子，qr為第r個頻率下的瞬態(tài)響應結(jié)構(gòu)應力功率譜密度。

技術(shù)特征：

1.一種智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法，其特征在于，所述步驟2中的瞬態(tài)分析的具體計算方法為：將阻尼矩陣及質(zhì)量矩陣引入焊接結(jié)構(gòu)動力學方程：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法，其特征在于，所述步驟3中歸一化的計算方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種智能輪胎結(jié)構(gòu)應力振動影響因子計算方法，包括以下步驟：1.智能輪胎獲取輪胎的焊縫點、實際約束以及載荷等信息；2.智能輪胎將獲取的信息上傳云端，云端通過使用模態(tài)疊加法對焊接結(jié)構(gòu)進行瞬態(tài)分析，計算焊縫節(jié)點位置的瞬態(tài)響應結(jié)構(gòu)應力；3.云端利用傅里葉變換獲得焊縫節(jié)點位置的瞬態(tài)響應結(jié)構(gòu)應力功率譜密度，并對各個頻率下的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)應力功率譜密度歸一化計算得到各個頻率的結(jié)構(gòu)應力振動影響因子。4.云端將計算得到的結(jié)構(gòu)應力振動影響因子信息傳給智能輪胎，實時更新智能輪胎信息。本發(fā)明量化了焊接結(jié)構(gòu)振動疲勞中頻率貢獻，為優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)的振動疲勞提供了理論依據(jù)，并實時檢測智能輪胎結(jié)構(gòu)疲勞情況。

技術(shù)研發(fā)人員：虞松,趙又群,郭碩,張陳曦,余夢成,黃宇昂,王萱穎
受保護的技術(shù)使用者：南京航空航天大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10