[发明专利]基于符号回归算法的轴承载荷-温度-应力等效方法

说明书

本发明涉及轴承性能检测技术领域，提供了一种基于符号回归算法的轴承载荷‑温度‑应力等效方法。本发明在有限元分析技术的基础上，结合符号回归算法对通过有限元分析计算得到的数据进行训练，得到了轴承径向载荷‑轴向载荷之间、径向载荷‑温度之间以及径向载荷‑轴向载荷‑温度之间的等效关联函数表达式，建立了轴承载荷‑温度之间的等效关系，并验证了等效关联函数表达式的有效性，从而为建立单一轴承台架试验台提供可靠的仿真支持。

技术领域

本发明涉及轴承性能检测技术领域，具体涉及轴承性能的等效模拟检测方法，尤其涉及一种基于符号回归算法的轴承载荷-温度-应力等效方法。

背景技术

高铁作为交通运输现代化的重要标志，体现了一个国家工业化水平的高低。传动系统轴承作为铁道车辆高速运行的重要保障，其服役性能好坏对评估车辆安全性有重要的影响。设计研发人员在进行高速铁路传动系统轴承可靠性设计时，需要综合考虑轴承承受的载荷、温度、振动、流场等因素，一般采用控制变量法来探索各影响因素与系统可靠性间的关系。为验证轴承是否满足可靠性设计标准，需要进行高铁传动系统台架试验，而如何基于传动系统多物理场耦合理论与方法，实现轴承载荷、振动、流场、温度等多场耦合的服役工况等效模拟，突破传动系统服役状态关键参数的台架模拟再现技术是实现传动系统轴承全参数模拟面临的主要难点之一。

现有轴承台架试验中，为了研究轴向载荷对轴承的影响往往需要在试验台中布置轴向载荷加载动态作动器，与此同时，为了实现模拟轴承的温升效应以便于研究温度对轴承的影响往往还需要布置环境箱，以至于试验台的结构非常复杂且需要耗费大量资金。因此，如何实现利用有限资源建立单一轴承台架试验台是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于符号回归算法的轴承载荷-温度-应力等效方法，以实现建立轴承载荷-温度之间的等效关系，从而为建立单一轴承台架试验台提供可靠的仿真支持。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于符号回归算法的轴承载荷-温度-应力等效方法，包括如下步骤：

步骤S1. 建立轴承三维模型，并根据轴承三维模型建立轴承有限元模型；

步骤S2. 根据轴承有限元模型建立轴承有限元子模型，轴承有限元子模型包括轴承外圈、轴承内圈以及一个滚子，并定义轴承外圈的内表面与滚子之间的接触线为接触线A、滚子的周向外壁与轴承外圈之间的接触线为接触线B、滚子的周向外壁与轴承内圈之间的接触线为接触线C、轴承内圈的外表面与滚子之间的接触线为接触线D；

步骤S3. 根据轴承的实际服役工况，设计径向载荷-轴向载荷两因素五水平正交试验方案；

步骤S4. 根据径向载荷-轴向载荷两因素五水平正交试验方案，依次对轴承有限元子模型中的滚子施加各径向载荷-轴向载荷两因素五水平正交试验方案中对应的径向载荷和轴向载荷，通过有限元分析计算得到不同径向载荷-轴向载荷两因素五水平正交试验方案中各接触线上某一点的应力值，并建立与各接触线对应的径向载荷-轴向载荷应力值数据集；

采用符号回归算法对与各接触线对应的径向载荷-轴向载荷应力值数据集中的任意80%数据进行训练，以得到各接触线上某一点对应的径向载荷-轴向载荷等效关联函数表达式。

在一些可能的实施例中，在步骤S4中，各接触线上的某一点包括固定点和最大值点，固定点为仅向轴承有限元子模型中的滚子施加径向载荷时接触线上最大应力值所处位置，最大值点为向轴承有限元子模型中的滚子同时施加径向载荷和轴向载荷时各接触线上最大应力值所处位置；

当各接触线上的某一点为固定点时，对应的径向载荷-轴向载荷等效关联函数表达式如下：