CN113255134B - 基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，包括步骤：统一使用场景下硅泡沫材料的松弛行为衡量标准，将硅泡沫材料的剩余预紧力转换为载荷保持率，用于表征规定时间下的材料预紧性能；对硅泡沫材料载荷保持率退化趋势预分析，初步确定物理松弛模型和化学松弛模型参数范围；建立松弛模型字典库，分别表示物理松弛模型字典库和化学松弛模型字典库；匹配追踪分离物理松弛和化学松弛，满足迭代松弛条件时,得到系列松弛模型和剩余信号；本发明忽略不同使用场景下的性能差异，基于信号稀疏分解思想，建立系列物理松弛模型与化学松弛模型的字典库，利用匹配追踪算法，实现硅泡沫材料性能退化趋势中的物理化学松弛自适应分离。

Description

基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法

技术领域

本发明涉及硅泡沫材料技术领域，尤其涉及一种基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法。

背景技术

硅泡沫材料是一种通过硅橡胶发泡而成的粘弹性阻尼材料，由于其耐高温、耐老化和良好粘弹性能，被广泛应用于隔热、包装等领域。作为典型的高分子材料，硅泡沫材料在长期使用过程中会产生松弛，随松弛效应增加，会减弱其隔热、减震作用。因此，针对硅泡沫材料的应力松弛效应，有必要掌握其应力松弛规律，支撑产品设计初期材料选型及使用过程中的维护更换，实现产品的长期稳定运行。

已有研究表明，硅泡沫材料应力松弛受材料泡孔结构和材料本身双因素影响，前期松弛主要为压缩泡孔结构引发的物理松弛，待其泡孔结构在压缩状态下达到平衡后，其物理松弛比例逐渐下降，后期主要体现在由于材料本身分子运动带来的化学松弛。但是前期的相关研究往往忽略这种双松弛因素，通常采用单一指数模型或对数指数模型描述硅泡沫材料的应力松弛退化行为。由于硅泡沫材料物理化学松弛行为影响因素较多，不仅仅同其材料组成有关，还与片材厚度、密度、压缩率及使用环境等有一定联系，很难使用一个通用的模型来描述不同的松弛行为。

因此需要研发出一种基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，包括以下步骤：

S1、统一使用场景下硅泡沫材料的松弛行为衡量标准，将硅泡沫材料的剩余预紧力转换为载荷保持率，用于表征规定时间下的材料预紧性能；

S2、对硅泡沫材料载荷保持率退化趋势预分析，初步确定物理松弛模型和化学松弛模型参数范围；

S3、建立松弛模型字典库D＝{P；C}，其中P＝{p₁、p₂…p_n}表示物理松弛模型字典库，C＝{c₁、c₂…c_m}表示化学松弛模型字典库；

S4、基于匹配追踪算法，计算载荷保持率退化趋势在字典库P和字典库C上的投影，设置算法迭代次数为q，迭代终止值为ε；当计算过程达到迭代次数或计算残差e小于迭代终止值ε时，终止算法，得到系列松弛曲线和剩余曲线。

具体地，步骤S1中，载荷保持率的表达式为：

式中：F_k——第k次预紧力；F₀——初始预紧力；

——载荷保持率。

具体地，步骤S2中，物理松弛模型参数范围为a∈[a₁、a₂…a_i]、b∈[b₁、b₂…b_j]，化学松弛模型参数范围f∈[f₁、f₂…f_k]、g∈[g₁、g₂…g_l]，其中i,j,k,l为正整数。

具体地，步骤S3中，物理松弛模型字典库P和化学松弛模型字典库C表达式分别为：

其中，n＝i×j，m＝k×l。

具体地，步骤S4中，计算残差e表达式为：

式中，r_z(t)表示第z次剩余信号，其表达式为：

式中，A_z为D_z字典对应的幅值恢复系数。

本发明的有益效果在于：

忽略不同使用场景下的性能差异，基于信号稀疏分解思想，建立系列物理松弛模型与化学松弛模型的字典库，利用匹配追踪算法，实现硅泡沫材料性能退化趋势中的物理化学松弛自适应分离。

附图说明

图1为本申请的方法流程图；

图2为本申请中原始载荷保持率退化趋势图；

图3为本申请中物理化学松弛分离趋势图，其中a为物理松弛，b为化学松弛；

图4中，a为总退化趋势评估值图，b为剩余信号趋势图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，包括以下步骤：

S1、统一使用场景下硅泡沫材料的松弛行为衡量标准，将硅泡沫材料的剩余预紧力转换为载荷保持率，用于表征规定时间下的材料预紧性能；载荷保持率的表达式为：

式中：F_k——第k次预紧力；F₀——初始预紧力；

——载荷保持率。

针对硅泡沫材料开展应力松弛仿真，其载荷保持率退化模型为双指数函数，分别代表物理松弛与化学松弛，其模型参数如下表所示：

同时叠加测试噪声，载荷保持率的表达式如下：

原始载荷保持率退化趋势如图2所示；

S2、对硅泡沫材料载荷保持率退化趋势预分析，初步确定物理松弛模型和化学松弛模型参数范围；物理松弛模型参数范围为a∈[a₁、a₂…a_i]、

化学松弛模型参数范围f∈[f₁、f₂…f_k]、g∈[g₁、g₂…g_l]，其中i,j,k,l为正整数；

在本实施例中，初步确定物理松弛模型参数范围a∈[0.05:0.05:0.5]、b∈[-1:0.01:-0.01]，化学松弛模型参数范围f∈[0.6:0.01:1]、g∈[-0.2:0.001:-0.001]；

S3、建立松弛模型字典库D＝{P；C}，其中P＝{p₁、p₂…p_n}表示物理松弛模型字典库，C＝{c₁、c₂…c_m}表示化学松弛模型字典库；物理松弛模型字典库P和化学松弛模型字典库C表达式分别为：

其中，n＝i×j，m＝k×l。

在本实施例中，表达式分别为：

S4、基于匹配追踪算法，计算载荷保持率退化趋势在字典库P和字典库C上的投影，设置算法迭代次数为q，迭代终止值为ε；当计算过程达到迭代次数或计算残差e小于迭代终止值ε时，终止算法，得到系列松弛曲线和剩余曲线；计算残差e表达式为：

式中，r_z(t)表示第z次剩余信号，其表达式为：

式中，A_z为D_z字典对应的幅值恢复系数。

在本实施例中，设置算法迭代次数为50，迭代终止值ε＝0.01；根据匹配追踪算法，得到的物理松弛退化趋势和化学松弛退化趋势如图3所示。由图3可知，理论趋势与计算趋势较吻合，其物理松弛模型和化学松弛模型计算参数与理论值几乎一致。

为进一步评估总退化趋势，将化学松弛与物理松弛合并，并与理论值对比，如图4所示。由图可知，基于匹配追踪算法，可消除测试噪声的影响，载荷保持率退化趋势评估值与理论值较吻合。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、统一使用场景下硅泡沫材料的松弛行为衡量标准，将硅泡沫材料的剩余预紧力转换为载荷保持率，用于表征规定时间下的材料预紧性能；

S2、对硅泡沫材料载荷保持率退化趋势预分析，初步确定物理松弛模型和化学松弛模型参数范围；

S3、建立松弛模型字典库D＝{P；C}，其中P＝{p₁、p₂…p_n}表示物理松弛模型字典库，C＝{c₁、c₂…c_m}表示化学松弛模型字典库；

S4、基于匹配追踪算法，计算载荷保持率退化趋势在字典库P和字典库C上的投影，设置算法迭代次数为q，迭代终止值为ε；当计算过程达到迭代次数或计算残差e小于迭代终止值ε时，终止算法，得到系列松弛曲线和剩余曲线。

2.根据权利要求1所述的基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，其特征在于，步骤S1中，载荷保持率的表达式为：

式中：F_k——第k次预紧力；F₀——初始预紧力；

——载荷保持率。

3.根据权利要求1所述的基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，其特征在于，步骤S2中，物理松弛模型参数范围为a∈[a₁、a₂…a_i]、b∈[b₁、b₂…b_j]，化学松弛模型参数范围f∈[f₁、f₂…f_k]、g∈[g₁、g₂…g_l]，其中i,j,k,l为正整数。

4.根据权利要求1所述的基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，其特征在于，步骤S3中，物理松弛模型字典库P和化学松弛模型字典库C表达式分别为：

其中，n＝i×j，m＝k×l。

5.根据权利要求2所述的基于匹配追踪的硅泡沫材料物理化学松弛自适应分离方法，其特征在于，步骤S4中，计算残差e表达式为：

式中，r_z(t)表示第z次剩余信号，其表达式为：

式中，A_z为D_z字典对应的幅值恢复系数，

为载荷保持率。

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