一种ZN-40阻尼减振结构剩余贮存寿命评估方法技术

本发明专利技术提供一种ZN‑40阻尼减振结构剩余贮存寿命评估方法，在四种设置条件下，通过如下步骤实现：一：分析ZN‑40阻尼减振结构橡胶材料力学性能老化规律；二：建立ZN‑40阻尼减振结构动态响应时序分析模型；三：建立时序模型标准参数值列表；四：基于残差统计特性的老化状态识别；五：贮存年限与剩余贮存寿命估计。通过以上步骤，本发明专利技术将ZN‑40阻尼减振结构的老化状态映射到结构的振动特征上，便于进行结构老化状态识别，实现了无拆解整体评估；本发明专利技术激励类型简单，便于操作，振动能量要求低，对结构不具有破坏性；本评估方法科学，工艺性好，具有广阔推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种ZN-40阻尼减振结构剩余贮存寿命评估方法
本专利技术涉及一种以丁基橡胶和硅橡胶为基础材料的阻尼减振结构(即ZN-40阻尼减振结构)剩余贮存寿命评估方法，它是一种基于动态响应时序分析理论和残差序列统计特征的阻尼减振结构剩余贮存寿命评估方法，它针对ZN-40阻尼减振结构中橡胶加速老化试验数据和阻尼减振结构振动响应数据，整体性地建立加速贮存试验、结构仿真分析、动态响应识别用于减振结构贮存寿命评估的定性逻辑关系和定量模型方法。它将ZN-40阻尼减振结构的老化状态映射到其振动特征上，便于进行结构老化状态识别，进一步开展贮存寿命评估。适用于以橡胶为主要减振吸能材料的阻尼减振结构剩余贮存寿命评估等领域。
技术介绍
阻尼减振结构常用于关键设备或者精密部件的减振和隔振保护，防止其因剧烈振动而导致精度下降、结构损坏甚至解体，显著影响装备的可靠性。ZN-40阻尼橡胶具有较好的粘弹性，在阻尼减振结构中应用广泛。但是该橡胶材料在长期贮存过程中，随着物理化学性质逐步退化，通常产生开裂、硬化等老化现象。橡胶的老化导致其弹性下降，吸能减振效果丧失，致使阻尼减振结构无法为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZN-40阻尼减振结构剩余贮存寿命评估方法，需要设置如下：/n设置1：ZN-40阻尼橡胶材料的硬度是影响阻尼减振结构振动特征的力学性能参数，阻尼减振结构贮存老化失效是因为ZN-40阻尼橡胶材料硬度增大，吸能减振效果下降；/n设置2：压缩永久变形率是ZN-40阻尼橡胶材料的老化特征参数，它与老化时间的定量关系服从老化经验公式：/n

【技术特征摘要】
1.一种ZN-40阻尼减振结构剩余贮存寿命评估方法，需要设置如下：
设置1：ZN-40阻尼橡胶材料的硬度是影响阻尼减振结构振动特征的力学性能参数，阻尼减振结构贮存老化失效是因为ZN-40阻尼橡胶材料硬度增大，吸能减振效果下降；
设置2：压缩永久变形率是ZN-40阻尼橡胶材料的老化特征参数，它与老化时间的定量关系服从老化经验公式：



式中：ε为压缩永久变形率，A为常数，τ为加速老化试验时间，α为时间指数，0＜α≤1，K为老化速率，由热力学温度T决定，二者之间服从阿伦尼乌斯模型：



式中：Z为大于0的常数，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，Ea为激活能；
设置3：ZN-40阻尼橡胶材料邵氏A硬度与压缩永久变形率之间存在指数形式关系：
HA＝a-e-b·ε+c(3)
式中：HA是橡胶材料邵氏A硬度，ε是橡胶材料压缩永久变形率，a,b,c是待定参数；
设置4：阻尼减振结构在高斯白噪声振动激励下，其加速度响应等间隔采样结果是一个平稳、零均值的时间序列{xt},t＝1,2,…,N，其中N为序列长度；利用自回归滑动平均模型即ARMA模型，将该时间序列拟合为随机差分方程，根据方程左右差分多项式的阶数，记作ARMA(p,q)模型，形式如下：



式中：xt是被测结构在t时刻对应的加速度响应瞬时值，p是自回归阶数，q是滑动平均阶数，是自回归参数，θj,j＝1,2,…,q是滑动平均参数，序列{at,at-1,…,at-q}是残差序列，表示均值为0，方差为的高斯白噪声；
设ZN-40阻尼橡胶材料加速贮存试验共有m个温度应力水平，各应力水平下检测次数为n；记第i个温度应力水平下第j次检测的时间为τij，测得的压缩永久变形率为εij，邵氏A硬度为HAij，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n；
设有h种老化程度已知的阻尼减振结构，对应h种不同的橡胶材料硬度值，并进行随机振动试验获取相应的加速度响应时序N为时序的样本长度，分g段得到序列
其特征在于，通过如下步骤实现：
步骤一：分析ZN-40阻尼减振结构橡胶材料力学性能老化规律
首先，基于ZN-40阻尼橡胶材料加速贮存试验数据估计老化经验公式(1)与阿伦尼乌斯模型(2)中的未知参数，外推得到常规贮存温度下压缩永久变形率随时间的变化规律；其次，建立压缩永久变形率和邵氏A硬度数据对，据此拟合方程(3)；进一步，消去压缩永久变形率，得到ZN-40阻尼橡胶硬度与贮存老化时间的定量对应关系；
具体步骤为：
I.估计老化经验公式参数
根据公式(1)，建立如下方程：
ln(1-εij)＝-Kiτijα+lnAi(5)
式中：τij为第i个温度应力水平下第j次检测的时间，εij为τij时刻测得的压缩永久变形率，Ki为第i个温度应力水平下的老化速率，Ai与α为常数；对于0＜α≤1，间隔0.01对其进行赋值；对于每一个给定的α，计算误差平方和：



式中：Yij＝ln(1-εij)，分别为a′i＝lnAi,b′i＝-Ki的最小二乘估计值；当S2取最小值时，得到α的最优估计值进一步得到Ai,Ki的估计值
II.估计阿伦尼乌斯模型参数
根据公式(2)，建立如下方程：



式中：Ki为第i个温度应力水平下的老化速率，Z为大于0的常数，k为玻尔兹曼常数，Ti为第i个温度应力水平值，Ea为激活能；依据上一步得到的老化速率估计值按上式进行最小二乘拟合，得到老化速率K与温度应力T的关系：

【专利技术属性】
技术研发人员：马小兵，王晗，邹新宇，周堃，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11