一种补偿材料模拟老化程度偏差的方法及系统
技术领域
本发明涉及轨道交通设备材料老化技术领域，尤其涉及一种补偿材料模拟老化程度偏差的方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前，我国在高速运行车辆所用传感器的材料寿命方面的研究并不多见，而且研究深度也不够，车辆上多数传感器都是以生产厂家比较保守的估计寿命为依据，来执行强制报废，以保证传感器的使用可靠性。
以车辆上的温度传感器为例，温度传感器(PT100)主要应用在高速运行车辆中监测齿轮箱、轴箱和电机温度，能够反应齿轮箱、轴箱和电机的运转情况；其检测到温度的准确性和传感器本身的稳定性直接影响动车的运行情况，对乘客的人身安全起着重要的影响。通常情况下，温度传感器只有当出现故障或达到标准所规定的强制报废年限或里程时，才会进行检修或更换。由于不清楚温度传感器在不同工况下的寿命，只能进行统一更新；这种方式往往存在如下问题：
(1)一些温度传感器在比较恶劣的工况下工作，在强制报废年限之前就出现了故障，一旦报警，车辆就没办法继续高速行驶，进一步导致车辆晚点，耽误旅客行程。
(2)在相对较好的工况下工作的温度传感器，经历强制报废年限更新下来后仍可以投入使用，直接更换在很大程度上造成了资源浪费。
另外，现有的对于传感器等材料的老化趋势模拟，往往通过反复调整老化时间或老化条件的强度，多次重做老化实验，让模拟的老化数据和真实老化数据相吻合；这种模拟过程复杂，且最终得到的结果准确度也不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种补偿材料模拟老化程度偏差的方法及系统，通过分析模拟老化和真实老化的差异，对模拟的老化强度偏差进行补偿修正，使得模拟结果更加准确。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种补偿材料模拟老化程度偏差的方法，包括：
对待测材料新样品进行老化模拟实验，得到设定特性的材料模拟老化趋势函数；
基于具有不同服役年限的真实材料样品，获取所述特性的材料真实老化趋势函数；
基于材料模拟老化趋势函数和材料真实老化趋势函数得到材料的补偿函数；
基于所述补偿函数对材料模拟老化趋势函数进行偏差补偿。
根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种补偿材料模拟老化程度偏差的系统，包括：
用于对待测材料新样品进行老化模拟实验，得到设定特性的材料模拟老化趋势函数的单元；
用于基于具有不同服役年限的真实材料样品，获取所述特性的材料真实老化趋势函数的单元；
用于基于材料模拟老化趋势函数和材料真实老化趋势函数得到材料的补偿函数的单元；
用于基于所述补偿函数对材料模拟老化趋势函数进行偏差补偿的单元。
根据本发明实施例的第三个方面，提供了一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行以下过程：
获取老化模拟实验后的材料特性测试数据，拟合材料模拟老化趋势函数；
获取具有不同服役年限的真实材料样品的特性测试数据，拟合材料真实老化趋势函数；
基于材料模拟老化趋势函数和材料真实老化趋势函数得到材料的补偿函数；
基于所述补偿函数对材料模拟老化趋势函数进行偏差补偿。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过补偿函数对模拟老化趋势函数的偏差进行补偿，使得材料老化模拟结果更加准确，提高对材料剩余使用年限预测的准确度。
(2)本发明基于得到的补偿函数，能够对同类材料的模拟老化趋势函数进行补偿；因此，对于首次使用的新的传感器，只需要基于该传感器的新样品得到其模拟老化趋势函数，然后利用补偿函数对齐进行补偿，即可准确预测该类传感器的剩余使用年限，而不需要重复进行老化试验，也无需该类传感器产品服役设定年限的数据，节省大量的时间成本和试验周期，提高预测效率。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的补偿材料模拟老化程度偏差的方法流程图；
图2是根据本发明实施例的橡胶硬度模拟老化趋势与真实老化趋势对比图；
图3是根据本发明实施例的橡胶硬度模拟老化趋势函数图；
图4是根据本发明实施例的橡胶硬度真实老化趋势函数图；
图5是根据本发明实施例的橡胶硬度补偿函数图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
根据本发明实施例，提供了一种补偿材料模拟老化程度偏差的方法，参照图1，包括以下步骤：
步骤S101：对待测材料新样品进行老化模拟实验，得到设定特性的材料模拟老化趋势函数；
具体地，在老化模拟实验过程中，需要充分考虑引起材料老化的各种因素，以温度传感器橡胶护套为例，材料为硫化橡胶，根据高速车辆运行的现场情况，主要老化因素包括温度变化、振动引起的弯折和紫外线照射。
本实施例中，对于温度老化模拟：
通过高速车辆运行情况的现场考察，得到温度传感器橡胶护套的温度变化范围和情况，根据这些数据结合标准温度老化方法制定专项的温度老化方案，以温度传感器橡胶护套的极限工作温度范围在-25℃～150℃之间，循环周期大约为1天2个周期，所以老化模拟的方案也参考这些数据制定。
对于振动老化模拟：
由于高速车辆的运行振动工况较为良好，所以该老化项点主要参考国标中的长寿命老化试验来进行，具体振动参数如下：
垂向：144m/s2，横向：129m/s2；
振动频率：20Hz～500Hz随机振动。
对于紫外线老化模拟：
通过对所研究车辆所运行的路线进行考察，统计出该线路下日照强度和日照强度情况，结合紫外线老化的相关标准，制定紫外线老化模拟方案。
进行老化模拟实验的为一批待测材料的新样品，样品的数量可以根据实际情况进行选取，数量越多，得到的老化趋势拟合曲线便越准确。
对于选取的待测样品，选取部分样品进行考虑单一老化因素下的老化模拟试验，选取部分样品进行考虑多个老化因素下的老化模拟试验。
对待测样品进行编号，并记录每一个样品在不同老化阶段的材料特性测试数据。仍以温度传感器橡胶护套为例，橡胶的材料特性包括硬度、拉断伸长率和拉伸强度等，并对样品测试数据进行记录保存。
基于某一设定特性的材料性能测试数据，通过线性回归拟合的方式得到材料在该特性下的模拟老化趋势函数。当然，进行曲线拟合的方式不限于线性回归拟合，本领域技术人员可以根据需要选择其他曲线拟合方式，比如：插值法、磨光法、最小二乘法等。
步骤S102：基于具有不同服役年限的真实材料样品，获取所述特性的材料真实老化趋势函数；
具体地，选取一批服役年限分别为T1、T2和T3的旧样品，当然在时间成本和经济成本允许的情况下，可增加服役年限T4、T5等更多旧样品用以实验，可提高数据的准确性。
为了增加数据的准确性，每一服役年限下的旧样品选取若干个，具体数量根据实际情况确定，数量越多，得到的老化趋势拟合曲线便越准确。
对所有旧样品分别进行设定材料特性下的性能测试，得到每一个样品的性能测试数据，对每一服役年限下得到的数据取中位数，作为该服役年限下的性能测试数据；基于各个服役年限对应的性能测试数据，通过曲线拟合得到材料真实老化趋势函数。曲线拟合的方式与前述相同，不再赘述。
本实施例中，材料模拟老化趋势函数和材料真实老化趋势函数均是材料的设定特性值与材料的服役年限或者随车辆的运行里程数之间的关系函数。
步骤S103：基于材料模拟老化趋势函数和材料真实老化趋势函数得到材料的补偿函数；
具体地，材料模拟老化趋势函数为：H1(t)＝Fs(t)；
材料真实老化趋势函数为：H2(t)＝Fr(t)；
其中，t为老化周期，可以是服役时间或随车运行里程数；H为橡胶硬度。
则，补偿函数具体为：
步骤S104：基于所述补偿函数对材料模拟老化趋势函数进行偏差补偿。
KH(t)即是补偿函数，该补偿函数既可以用于补偿本次实验中模拟老化和真实老化的程度偏差，帮助修正实验结果；也可以指导以后其他的老化试验时，试验条件的设置。
作为一种可选的实施方式，基于补偿后的模拟老化趋势函数，根据待测材料目前的特性值，可以对待测材料进行剩余服役年限的预测。
作为一种可选的实施方式，基于得到的补偿函数，对其他场景下的同类材料的模拟老化趋势函数进行补偿，基于补偿后的模拟老化趋势函数，对该类材料的剩余服役年限进行预测。
这样，对于一种同类材料的新的传感器，可以基于该材料新样品的模拟老化的实验数据，获得模拟老化趋势函数，然后利用得到的补偿函数进行偏差的补偿，便可以预测该类传感器的剩余使用寿命，预测结果准确度高，且无需使用该类传感器使用设定年限后的真实数据，降低了时间成本和试验周期。
作为一种可选的实施方式，将材料真实老化趋势函数与材料模拟老化趋势函数进行对比，通过对比不同服役年限的特性测试数据，可以确定老化模拟实验过程中，不同老化周期对应的材料服役年限；解决了现有技术中无法确定模拟不同服役年限的老化程度时，需要进行多少个老化周期的问题，为后续的老化模拟实验提供了数据支撑。
为了对本实施例方法进行更为具体的说明，本实施例以轴温传感器橡胶护套老化实验中橡胶硬度的实验结果为例，对本发明方法做进一步的说明。
通过实验测得的材料硬度实验数据如下表1：
表1橡胶硬度老化实验数据/(邵氏硬度D)
基于上述数据得到橡胶材料硬度老化趋势图如图2所示。由该趋势图可见，实验中橡胶材料经过模拟老化后的硬度变化趋势和真实随车运行是一致的，但是，两种老化状态下橡胶硬度的变化斜率存在明显差异，模拟随车运行的老化强度小于真实随车运行。
对新材料老化或材料运用于新领域的研究中，上述问题是普遍存在的。不同于以往通过反复进行老化试验，让模拟的老化数据和真实老化数据相吻合；本实施例方法通过求取补偿函数，能够在仅允许一次或少量模拟老化实验条件限制之下，让模拟老化的实验的数据尽可能吻合真实使用条件下的老化情况。
分别对两种情况下的老化数据进行曲线拟合，得到其对应的老化函数。模拟随车运行的老化函数拟合如下：
Fs(t)＝ast3+bst2+cst+ds；
其中，as，bs，cs，ds分别为老化函数的各阶系数，通过计算得出as＝9.64506E-09，bs＝-2.8373E-5，cs＝2.798E-2，ds＝83.36；拟合函数曲线如图3。
真实随车运行的老化函数拟合如下：
Fr(t)＝art3+brt2+crt+dr；
ar，br，cr，dr分别为老化函数的各阶系数，通过计算得出ar＝5.20833E-08，br＝-8.84921E-5，cr＝4.956E-2，dr＝83.36；拟合函数曲线如图4。
曲线拟合得到Fs(t)和Fr(t)后，补偿函数KH(t)根据下式可得：
带入相应的系数：
as＝9.64506E-09，bs＝-2.8373E-5，cs＝2.798E-2，ds＝83.36；
ar＝5.20833E-08，br＝-8.84921E-5，cr＝4.956E-2，dr＝83.36，可得补偿函数曲线如图5所示。
通过该补偿函数，可以对已做老化实验的等效公里数区段进行精确的修正，可节约实验成本和时间成本等资源。
实施例二
根据本发明实施例，提供了一种补偿材料模拟老化程度偏差的系统的实施例，具体包括：
用于对待测材料新样品进行老化模拟实验，得到设定特性的材料模拟老化趋势函数的单元；
用于基于具有不同服役年限的真实材料样品，获取所述特性的材料真实老化趋势函数的单元；
用于基于材料模拟老化趋势函数和材料真实老化趋势函数得到材料的补偿函数的单元；
用于基于所述补偿函数对材料模拟老化趋势函数进行偏差补偿的单元。
此处需要说明的是，上述数各个单元对应于实施例一中的步骤S101至S104，上述单元与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现下述方法：
获取老化模拟实验后的材料特性测试数据，拟合材料模拟老化趋势函数；
获取具有不同服役年限的真实材料样品的特性测试数据，拟合材料真实老化趋势函数；
基于材料模拟老化趋势函数和材料真实老化趋势函数得到材料的补偿函数；
基于所述补偿函数对材料模拟老化趋势函数进行偏差补偿。
上述过程的具体实现方式参照实施例一中公开的过程，此处不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
