[发明专利]一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法

权利要求书

1.一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，包括以下步骤：

S1.构建数字模型，

根据空气弹簧的几何结构，确定系统各部件的形状尺寸和位置关系、以及部件间结合部位处的装配关系，利用三维辅助设计软件建立空气弹簧结构和气囊内压缩气体三维实体模型；

S2.对数字模型进行有限元分析，

通过有限元分析软件，根据空气弹簧几何特性，利用三维六面体实体单元离散结构实体模型，采用静水流体单元模拟空气弹簧系统内的压缩气体，使气囊内测边界气体压力与结构变形耦合；

赋予各部件相应材料属性，构造空气弹簧系统流—固耦合有限元模型，再现空气弹簧在振动过程中腔内气体压力的变化，以及气压变化过程中气体与气囊内壁的流固耦合效应；

S3.汇总材料关键结构设计参数，

对橡胶层厚度、材料、帘线属性、盖板厚度关键结构设计参数进行汇总，并设定其参数容许区间；

S4.构建模型的输出量与随机变量间的对应关系，

对所给定参数区间内，利用不同广义随机多项式构造正交函数集逼近模型的输出量与随机变量；

重复调用S3步骤的确定性模型，应用概率配点法或最小二乘逼近方法求取正交函数集的待定系数，得到动刚度特性模型输出量与随机参数的近似显式函数表达；

S5.确定参数间交互作用以及结构特性敏感参数，

在获得的近似显式函数表达的基础上，通过Monte-Carlo模拟对模型输出量进行矩估计，利用均值曲线、方差曲线和变异系数曲线确定各参数的变异性对模型输出量统计矩的影响程度；

在灵敏度计算结果的基础上，分析各参数单独变化、不同参数同时变化对模型输出量的影响程度，从而确定参数间交互作用以及结构特性敏感参数。

2.根据权利要求1所述的一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，其特征在于：所述数字模型的三维辅助设计软件可为以下之一：SolidWorks、Peo/E、Siemens NX、Catia，有限元分析软件为Abaqus。

3.根据权利要求1所述的一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，其特征在于：橡胶材料的几何非线性大变形采用Ogden模型超弹性材料本构模型描述；橡胶胶囊帘线层的各向异性和非线性特性采用加强筋模型描述；橡胶气囊与上盖板和活塞底座之间的大变形非线性通过接触单元模拟。

4.根据权利要求1或3所述的一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，其特征在于：所述模型输出量包括空气弹簧的承载特性、静刚度特性和动刚度特性；随机变量取决于实际加工工艺，包括但不限于高斯分布、均匀分布、指数分布。

5.根据权利要求4所述的一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，其特征在于：根据工程经验假设橡胶层厚度、材料、帘线属性、盖板厚度关键结构设计参数均满足高斯随机分布，并设定其参数均值和方差，则模型输出量可表示为基于Hermite多项式的p阶随机多项式模型：

式中，Y为空气弹簧的承载特性、静刚度特性和动刚度特性有限元模型输出量；b_j(t)为正交函数集的待定系数，Ξ与空气弹簧结构参数对应的随机向量，其维数N取决于待确定敏感参数数量；Ψ_j(Ξ)为N维混合正交多项式，各维标准随机变量所对应的一维正交多项式基函数的乘积：

式中，表示m维标准随机变量所对应的一维Hermite多项式。

6.根据权利要求1或5所述的一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，其特征在于：采用随机响应面方法求取正交函数集的待定系数，针对上述随机多项式模型，在标准随机空间选取M个有效样本并将每个样本点从标准随机变量空间Ξ空间变换到原参数空间P空间

7.根据权利要求6所述的一种空气弹簧结构敏感参数的确定方法，其特征在于：针对每一个样本点通过脚本文件调用中空气弹簧系统有限元模型，得到各样本处的模型输出量，利用最小二次回归估算正交多项式系数，对于不同的激励频率，

作为更简化的，可表示为矩阵形式，进而通过伪逆运算获得随机正交多项式系数矩阵；