(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111287187.4 (22)申请日 2021.11.02 (71)申请人 上海海事大学 地址 201306 上海市浦东 新区海港大道 1550号 (72)发明人 岳聪　范建瑜　池华山　郑祥敏　 左霸　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06K 9/00(2022.01) G06K 9/62(2022.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于BP神经网络的发动机转子螺栓装配质 量评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于BP神经网络的发动 机转子螺栓装配质量评估 方法。 本发 明从发动机 转子在横向振动和轴向拉力激励下， 螺栓装配偏 差的振动响应特征差异表征出发， 分别考虑频率 峰值和振幅特性与螺栓偏差位置关联性， 利用BP 神经网络建立螺栓偏差方位角的智能识别评价 模型。 通过评价模型结果获取螺栓偏差识别方位 角， 并计算产生的截面惯性矩和弯曲刚度变化， 得到发动机转子的各阶临界转速。 建立以螺栓偏 差方位角为变量的目标函数， 优化临界转速的分 布区间， 实现发动机转子 螺栓拧紧力矩分配 。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114329806 A 2022.04.12 CN 114329806 A 1.基于BP神经网络的发动机转子 螺栓装配质量评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 开展横向振动和轴向拉力激励条件下的振动试验， 获取外载荷激励下， 发动机 转子安装边不同位置螺栓偏差工况 的振动传感器时域信号， 并进行频谱分析， 提取指定频 域范围内所有频率峰值及其对应幅值； 步骤2， 使用主成分分析法(PCA)获取频率峰值及其对应幅值与螺栓装配偏差位置作 为 目标的相关性， 计算各参数的方差 贡献百分比。 选择相关性 强的频率峰值和振动幅值， 与对 应螺栓偏差位置方位角共同形成数据集； 步骤3， 将数据集中频率值与振动幅值作为输入参数， 螺栓偏差位置方位角作为目标参 数， 利用步骤2中提取的各成分方差 贡献百分比作为BP神经网络计算初始权重系数， 设置隐 含层数与学习函数， 建立发动机转子 螺栓装配偏差方位角预测模型； 步骤4， 通过预测得到螺栓装配偏差方位角， 计算螺栓偏差对应的截面惯性矩， 获取弯 曲刚度偏差量； 步骤5， 建立螺栓偏差引起的弯曲刚度偏差下发动机转子动力学运动方程， 依据动力学 仿真结果， 获取螺栓装配偏差下发动机转子的动力学响应， 将动力学响应参数作为螺栓装 配偏差分布的优化 函数； 步骤6， 通过调整安装边螺栓拧紧分布， 利用振动频率峰值与幅值来预测螺栓装配偏差 分布情况， 使得发动机转子临界转速分布最优。 2.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 所述步骤1指 定的频率范围为(a,b)， 此 范围由具体转子结构确定 。 3.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 所述步骤2中 所选择的相关性强的频率峰值及其对应的幅值选择依据为主成分分析法累计方差贡献率 大于 λ 的频率峰值及对应的幅值。 4.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 所述步骤3中 所述的利用各成分方差贡献 百分比作为BP神经网络初始权 重系数， 计算方法为： ωi′＝ξi×ωi(i＝1,...,n) 式中， ωi′为经过各成分方差贡献百分比调整后的BP神经网络权重矩阵； ωi为BP神经 网络初始权 重矩阵； ξi为第i个参数主成分的方差贡献 百分比； n 为主成分个数。 5.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 所述步骤3中 在训练发动机转子螺栓装配偏差方位角预测模型时， 会随机使用步骤2中数据集θ ％以上的 数据作为训练集， 剩下的作为测试集， 测试模型的预测效果。 6.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 权利要求5中 所述的测试模型的预测效果可通过 预测精度评价。 预测精度为： 式中， yi为实际螺 栓偏差位置方位角， y ′i模型预测预测螺 栓偏差位置方位角。 7.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 步骤4所述的 螺栓偏差对应的截面惯性矩及弯曲刚度偏差量计算 步骤为： (1)将螺栓偏差等效为裂纹截面。 确定等效裂纹截面形心位置：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114329806 A 2式中， R为外圆半径， r为内圆半径， α 为螺 栓偏差方位角， β 为 等效裂纹对应的半圆心角。 (2)完整圆环形心位置为O(0,0)， 即当产 生等效裂纹时， 形心位置发生偏移， 沿x轴、 y轴 两个方向的和偏心 距ex和ey分别为： ex＝x0， ey＝y0 (3)确定等效裂纹截面 面积： (4)计算等效裂纹截面对 x轴、 y轴的截面惯性矩： 式中， S为等效裂纹与原点所围成三角形的面积。 (5)计算弯曲刚度偏差量： kxx＝EIx， kyy＝EIy 式中， E为材 料的弹性模量。 8.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 步骤5所述的 转子动力学 方程为： 式中， [M1]为转子的质量矩阵， Ω[J1]为转子的回转矩阵， [K1]为转子的刚度矩阵。 当发 生螺栓装配偏差时， [M1]与Ω[J1]变化忽略不计， 主要影响为[K1]的变化。 存在有螺栓装配 偏差节点的刚度变化 为[K2]。 因此， 螺栓装配偏差下多级鼓筒式结构动力学方程中的刚度矩阵变为[K3]＝[K2]+ [K1]。 通过上式可得到螺栓装配偏差下 结构的临界转速 。 9.根据权利要求1所述发动机转子螺栓装配质量评估方法， 其特征在于， 步骤6所述， 通 过调整安装边螺栓拧紧分布， 使得发动机转子临界转速分布最优。 当螺栓装配偏差下结构 的临界转速超 出设定的阈值范围(p,q)， 则认为螺栓装配偏 差超标， 需进 行对偏差位置螺栓 进行重新装配， 直到 螺栓装配偏差下 结构的临界转速符合设定的阈值范围。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114329806 A 3