基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析方法

1.本发明涉及机械寿命影响因素分析方法，特别涉及基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析方法。


背景技术：

2.该拨穗授粉机作为农业育种领域的重要装备，随着农业现代化的发展趋势，我国机械协助育种技术也在不断创新，拨穗授粉机运用次数也逐步提高，其运行安全与作业质量愈发受到重视。目前未考虑到拨穗授粉机作业环境复杂多样，外界因素与拨穗授粉机夹紧端结构寿命对拨穗授粉机作业质量及可靠性的影响。
3.在此背景下，准确评估各变量对拨穗授粉机夹紧端结构寿命的影响，辨识影响拨穗机可靠性的关键因素，对提高拨穗授粉机作业质量及可靠性具有重要价值。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明目的是提供一种检测精度高的基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析方法。
5.技术方案：本发明提供的基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析方法，包括如下步骤：
6.s1基于测试数据解耦的授粉机寿命影响因素的确定；
7.s2基于随机实验的工况数据组的设计；
8.s3拨穗授粉机夹紧端夹紧端结构寿命的计算；
9.s4基于解耦模型的最佳灵敏度模型的建立；
10.s5基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析。
11.进一步地，s1基于测试数据解耦的授粉机寿命影响因素的确定：
12.根据拨穗授粉机的工作原理，其主要包括驱动小车、电动伸缩杆、摆杆装置和摆动绳等结构，据此确定影响拨穗机寿命的三个主要工作参数，分别是参数x1：驱动小车的田间前进速度v，参数x2：摆杆装置转动速度ω和参数x3：电动伸缩杆的伸缩量δl，这里选取不同田间前进速度水平，对其进行标号为i，vi为第i个水平的田间前进速度，i＝1，2，...，n，n为田间前进速度的水平总数；选取不同转动速度水平，对其进行标号为j，ωj为第j个水平的摆杆转动速度，j＝1，2，...，m，m为摆杆转动速度的水平总数；选取不同电动伸缩杆的伸缩量水平，对其进行标号为s，δls为第s个水平的电动伸缩杆的伸缩量，s＝1，2，...，p，p为电动伸缩杆伸缩量的水平总数。同时考虑外界环境因素的影响，这里定义了参数x4：拨穗机所受田间风速大小k，这里选取不同田间风速的水平，对其进行标号为r，kr为第r个水平的田间风速，r＝1，2，...，d，d为田间风速的水平总数。
13.进一步地，s2基于随机实验的工况数据组的设计：
14.根据上述s1步骤中确定得到的四种参数(驱动小车田间前进速度v、摆杆装置转动速度ω、电动伸缩杆的伸缩量δl及拨穗机所受田间风速大小k)，确定不同影响因素的样本
点数量与取值范围，并据此建立均匀试验表，得到了多种不同的工况试验组，对其进行标号为h，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数。
15.进一步地，s3拨穗授粉机夹紧端夹紧端结构寿命的计算：
16.根据上述s2步骤中确定的多种不同的工况试验组，将拨穗授粉机的结构模型导入到adams多体动力学仿真软件中，根据均匀试验表中不同工况试验组的参数，依次对其进行施加约束和定义不同机构的驱动函数，仿真求解后提取摆动绳上所受载荷的大小，记为fh，fh为摆动绳在第h次试验中所提取载荷的大小，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数。
17.其次，将拨穗机简化模型导入到abaqus有限元软件中进行结构静力学分析，通过自动划分方式进行该简化模型的网格划分工作，在前处理中进行边界约束和所提载荷fh的施加，仿真求解后分别得到均匀试验表中每组工况对应的最大应力。最后将该拨穗授粉机的有限元分析模型导入到fe-safe疲劳分析软件中，并设置由上述动力学仿真计算得到的载荷谱，经过软件求解得到该拨穗授粉机每组工况所对应的寿命，记为lh，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数。
18.进一步地，s4基于解耦模型的最佳灵敏度模型的建立：
19.根据s2步骤中确定的不同试验组合的参数情况，结合s3步骤中仿真求解出其每组工况所对应的寿命，对不同工况下所对应的寿命lh进行数据解耦模型的拟合，并估计更新相关参数，提高模型精度，获得每组工况下所对应的寿命lh所对应的数据解耦模型。
[0020][0021]
其中，y为不同工况下所对应的寿命lh的响应值；为第h组工况下该拨穗授粉机寿命影响因素的采样数据值，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数；f(
·
)为回归项，表示与y之间的函数关系；α(x)为零均值的高斯随机项，其任意两点xe和x
t
的随机项的协方差为
[0022]
cov[α(xe)，α(x
t
)]＝σ2r(xe，x
t
，θ)
[0023]
其中，cov[α(xe)，α(x
t
)]为任意两点xe和x
t
的随机项的协方差；xe和x
t
分别为两个不同影响因素的采样数据值，e≠t∈(1，2，3，4)；σ2为为样本随机项的均方；r(xe，x
t
，θ)为xe和x
t
之间具有参数向量θ的高斯相关函数，可表示为
[0024][0025]
其中，r(xe，x
t
，θ)为xe和x
t
之间具有参数向量θ的高斯相关函数；和分别为两个影响因素在第h组工况下的采样数据值，e≠t∈(1，2，3，4)，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数；θh为第h组工况下的参数向量。
[0026]
进一步地，s5基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析：
[0027]
根据上述s4步骤中拟合得到的数据解耦模型，求解得到该拨穗机不同寿命影响因素的各阶灵敏度指标值。
[0028][0029]
其中，λ
t
为影响因素x
t
的一阶灵敏度系数，λ
et
为二阶灵敏度系数，e≠t∈(1，2，3，4)；为该模型的4阶偏方差；v为总方差，等于各阶偏方差之和。
[0030]
有益效果：本发明通过敏度修正来快速准确判断影响拨穗授粉机寿命的影响因素大小，进行基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度的分析，检测精度高。
附图说明
[0031]
图1为本发明分析方法流程框图。
具体实施方式
[0032]
如图1所示，本实施例的基于基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析方法，该方法包括以下步骤：
[0033]
s1.基于测试数据解耦的授粉机寿命影响因素的确定：
[0034]
根据拨穗授粉机的工作原理，其主要包括驱动小车、电动伸缩杆、摆杆装置和摆动绳等结构，据此确定影响拨穗机寿命的三个主要工作参数，分别是参数x1：驱动小车的田间前进速度v，参数x2：摆杆装置转动速度ω和参数x3：电动伸缩杆的伸缩量δl，这里选取不同田间前进速度水平，对其进行标号为i，vi为第i个水平的田间前进速度，i＝1，2，...，n，n为田间前进速度的水平总数；选取不同转动速度水平，对其进行标号为j，ωj为第j个水平的摆杆转动速度，j＝1，2，...，m，m为摆杆转动速度的水平总数；选取不同电动伸缩杆的伸缩量水平，对其进行标号为s，δls为第s个水平的电动伸缩杆的伸缩量，s＝1，2，...，p，p为电动伸缩杆伸缩量的水平总数。同时考虑外界环境因素的影响，这里定义了参数x4：拨穗机所受田间风速大小k，这里选取不同田间风速的水平，对其进行标号为r，kr为第r个水平的田间风速，r＝1，2，...，d，d为田间风速的水平总数。
[0035]
s2.基于随机实验的工况数据组的设计：
[0036]
根据上述s1步骤中确定得到的四种参数(驱动小车田间前进速度v、摆杆装置转动速度ω、电动伸缩杆的伸缩量δl及拨穗机所受田间风速大小k)，确定不同影响因素的样本点数量与取值范围，并据此建立均匀试验表，得到了多种不同的工况试验组，对其进行标号为h，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数。
[0037]
s3.拨穗授粉机夹紧端夹紧端结构寿命的计算：
[0038]
根据上述s2步骤中确定的多种不同的工况试验组，将拨穗授粉机的结构模型导入到adams多体动力学仿真软件中，根据均匀试验表中不同工况试验组的参数，依次对其进行施加约束和定义不同机构的驱动函数，仿真求解后提取摆动绳上所受载荷的大小，记为fh，fh为摆动绳在第h次试验中所提取载荷的大小，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数。
[0039]
其次，将拨穗机简化模型导入到abaqus有限元软件中进行结构静力学分析，通过自动划分方式进行该简化模型的网格划分工作，在前处理中进行边界约束和所提载荷fh的施加，仿真求解后分别得到均匀试验表中每组工况对应的最大应力。最后将该拨穗授粉机的有限元分析模型导入到fe-safe疲劳分析软件中，并设置由上述动力学仿真计算得到的载荷谱，经过软件求解得到该拨穗授粉机每组工况所对应的寿命，记为lh，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数。
[0040]
s4.基于解耦模型的最佳灵敏度模型的建立：
[0041]
根据s2步骤中确定的不同试验组合的参数情况，结合s3步骤中仿真求解出其每组工况所对应的寿命，对不同工况下所对应的寿命lh进行数据解耦模型的拟合，并估计更新
相关参数，提高模型精度，获得每组工况下所对应的寿命lh所对应的数据解耦模型。
[0042][0043]
其中，y为不同工况下所对应的寿命lh的响应值；为第h组工况下该拨穗授粉机寿命影响因素的采样数据值，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数；f(
·
)为回归项，表示与y之间的函数关系；α(x)为零均值的高斯随机项，其任意两点xe和x
t
的随机项的协方差为
[0044]
cov[α(xe)，α(x
t
)]＝σ2r(xe，x
t
，θ)
[0045]
其中，cov[α(xe)，α(x
t
)]为任意两点xe和x
t
的随机项的协方差；xe和x
t
分别为两个不同影响因素的采样数据值，e≠t∈(1，2，3，4)；σ2为为样本随机项的均方；r(xe，x
t
，θ)为xe和x
t
之间具有参数向量θ的高斯相关函数，可表示为
[0046][0047]
其中，r(xe，x
t
，θ)为xe和x
t
之间具有参数向量θ的高斯相关函数；和分别为两个影响因素在第h组工况下的采样数据值，e≠t∈(1，2，3，4)，h＝1，2，...，q，q为均匀试验的总次数；θh为第h组工况下的参数向量。
[0048]
s5.基于解耦模型的拨穗授粉机夹紧端结构寿命灵敏度分析：
[0049]
根据上述s4步骤中拟合得到的数据解耦模型，求解得到该拨穗机不同寿命影响因素的各阶灵敏度指标值。
[0050][0051]
其中，λ
t
为影响因素x
t
的一阶灵敏度系数，λ
et
为二阶灵敏度系数，e≠t∈(1，2，3，4)；为该模型的4阶偏方差；v为总方差，等于各阶偏方差之和。