限于利用反向傳播算法的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如圖4中所示，可 以使用基本規(guī)則以基于8個(gè)輸入和2個(gè)輸出在隱蔽層中建立初步網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和神經(jīng)元，從而在 每一個(gè)隱蔽層中產(chǎn)生大致30個(gè)神經(jīng)元。應(yīng)理解，可以使用不同數(shù)目的多種輸入采用其它NN 類型來推導(dǎo)不同數(shù)目的多種輸出。
[0083] 如圖4中進(jìn)一步所示，此示例性NN計(jì)算算法需要訓(xùn)練過程以便確定后續(xù)用于通過 傳感器系統(tǒng)估計(jì)輪胎異常的連接權(quán)數(shù)。具體來說，將不規(guī)則區(qū)域和位置的一組已知值（目 標(biāo))與NN的輸出進(jìn)行比較。反復(fù)地調(diào)整權(quán)數(shù)直到誤差降至最低。一旦模型經(jīng)過訓(xùn)練，就設(shè)定 (或"凍結(jié)"）所得權(quán)數(shù)并實(shí)施為用于輪胎條件的預(yù)測(cè)方法。在示出的實(shí)例中，需要的訓(xùn)練數(shù) 據(jù)集的估計(jì)數(shù)目超過800(但是此數(shù)目可在訓(xùn)練其它NN類型時(shí)不同）。將NN的輸出置于兩個(gè) 分格中:表面缺陷(例如，裂紋)和內(nèi)部缺陷。
[0084] 靈敏度分析
[0085] 樣本制備和材料特性
[0086] 已經(jīng)以實(shí)驗(yàn)方式確定橡膠目標(biāo)（即，輪胎)和沖擊器的材料特性。假定沖擊聲學(xué)應(yīng) 變?nèi)绱说筒⒃谑沟孟鹉z材料可以處理為具有圖5中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的低應(yīng)變區(qū)域的線性 材料的小范圍中變化。應(yīng)力測(cè)試中所測(cè)得的橡膠等效于胎肩中帶束邊緣周圍使用的材料 (或與所述材料相同）。在表1中給出橡膠目標(biāo)和鋁沖擊器的材料特性：
[0088]表1:樣本橡膠和鋁沖擊器的材料特性
[0089]損耗角正切tanS主要取決于刺激頻率和溫度。tanS的粗略近似值與回彈性R相關(guān)， 為：
[0090] tan(5)=-ln(R)A
[0091]樣本橡膠材料的回彈性R通過回彈測(cè)試測(cè)量為0.25，因此損耗角正切可以計(jì)算為：
[0092] tan(5)=-ln(0.25)A * 0.44
[0093] 整體模型的靈敏度分析
[0094] 進(jìn)一步分析整體固體結(jié)構(gòu)的接觸動(dòng)力學(xué)模型以便了解每個(gè)影響因子對(duì)所預(yù)測(cè)鑒 別符的作用。針對(duì)靈敏度分析所考慮的因子為:沖擊速度(I)、沖擊器的質(zhì)量( mi)、目標(biāo)質(zhì)量 (m2)、沖擊器的剛度(E1)和目標(biāo)剛度(E2)。最初使用表2中的一組試驗(yàn)參數(shù)來獲得基準(zhǔn)情境。 監(jiān)控三個(gè)鑒別符:最大沖擊力(Fmax)、沖擊持續(xù)時(shí)間（τ)和最大接觸變形(amax):
[0096] 表2:基準(zhǔn)影響因子
[0097] 將每個(gè)變量乘以從0.1到2的范圍內(nèi)的因子Ν?；鶞?zhǔn)值對(duì)應(yīng)于N = 1。計(jì)算個(gè)別地變化 的每個(gè)影響因子的Fmax、τ和Ctmax，圖6、7和8中呈現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的曲線圖。從曲線圖中可以觀察到 m2和Ei具有比mi和Ε2更大的數(shù)量級(jí)。
[0098] 沖擊動(dòng)力學(xué)對(duì)鑒別符的靈敏度分析提供了用于近似外胎形狀的模型的理論基礎(chǔ)。 圖9中示出用于近似外胎段的示例性立方體橡膠塊。已經(jīng)觀察到對(duì)于所述模型作出的假設(shè) (即，目標(biāo)質(zhì)量可以處理為無窮大的和固定的）為有效的。簡(jiǎn)化模型的一個(gè)前提條件是:假設(shè) 所施加的沖擊僅影響接觸區(qū)域周圍材料的有限局部區(qū)域內(nèi)的機(jī)械動(dòng)力學(xué)。簡(jiǎn)化模型中省略 了兩個(gè)側(cè)壁。由于橡膠塊的質(zhì)量比沖擊器的質(zhì)量大得多，因此可以忽略由近似引入的誤差。 考慮到邊界輪廓對(duì)沖擊響應(yīng)的作用微小，對(duì)于小曲率段將胎面的曲率視為零。立方體的垂 直高度模擬肩到肩的距離，而水平厚度對(duì)應(yīng)于從輪胎觸地面到內(nèi)胎體的距離。
[0099] 沖擊速度、沖擊器的質(zhì)量以及目標(biāo)結(jié)構(gòu)的剛度都是鑒別符的影響因子。所有所監(jiān) 控的動(dòng)力量對(duì)V1的變化極具靈敏性。出于異常識(shí)別的目的，此關(guān)系建議在整個(gè)沖擊測(cè)試過 程中維持1不變，使得可以盡可能地減輕因 V1變化引入的波動(dòng)。
[0100] 此外，沖擊器的質(zhì)量m比目標(biāo)質(zhì)量更明顯地影響鑒別符。此觀察結(jié)論使得能夠獲 取對(duì)撞主體的曲率的靈敏度（即，接觸半徑ri和r 2)。根據(jù)對(duì)撞主體的質(zhì)量mi、m2與等效接觸 半徑n、r2之間的關(guān)系，可以觀察到，目標(biāo)表面的曲率比沖擊器表面的曲率對(duì)鑒別符的影響 小得多。因此，可以認(rèn)為胎肩的表面曲率為零，其等效于與所施加的沖擊垂直的平坦表面。 替代地，靈敏度曲線圖示出與沖擊器的質(zhì)量m相關(guān)的沖擊器的半徑^影響所有三個(gè)鑒別符。 沖擊速度V i和沖擊器的半徑^對(duì)沖擊持續(xù)時(shí)間的作用繼而將反映在沖擊響應(yīng)的頻率特征 上。
[0101] 對(duì)沖擊聲學(xué)鑒別符的另一影響是目#E2的彈性模數(shù)，其可以從圖6到8中觀察到。 就外胎結(jié)構(gòu)來說，E 2受各種因素影響，包括但不限于嵌入式鋼帶束、均勻性品質(zhì)和外來雜 質(zhì)?？紤]到?jīng)_擊聲學(xué)法假設(shè)沖擊引發(fā)的應(yīng)力僅對(duì)接觸面積周圍的有限區(qū)域起作用的前提條 件，遠(yuǎn)場(chǎng)加強(qiáng)件(例如鋼帶束)極少改變沖擊響應(yīng)。
[0102] 改變目標(biāo)剛度的重要因子歸因于如圖10所示的帶束邊緣周圍的變化。因此，動(dòng)力 量中觀察到的變化可歸因于嵌入式異常的存在。其它影響因子在整個(gè)測(cè)試過程中保持穩(wěn) 定，從而提供結(jié)構(gòu)完整性的指示。
[0103] 異常模型的靈敏度分析
[0104] 對(duì)應(yīng)異常模型已并有幫助定義內(nèi)部異常的幾何結(jié)構(gòu)和位置的另外兩個(gè)參數(shù)h和1。 需要至少部分地在彎曲能量損失方面了解改變這些參數(shù)對(duì)沖擊動(dòng)力響應(yīng)的作用。表3中給 出所評(píng)估因子的基準(zhǔn)值?？梢葬槍?duì)個(gè)別地變化的每個(gè)影響因子計(jì)算四個(gè)沖擊動(dòng)力鑒別符， 圖11到14中呈現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的曲線圖。
[0106]表3:基準(zhǔn)影響因子和異常的尺寸
[0107]針對(duì)異常模型考慮的前五個(gè)因子的靈敏度分析產(chǎn)生與整體模型類似的結(jié)論?？梢?在靈敏度曲線圖中省略兩個(gè)影響最小的因子m2和E1。如本文中所示，在異常參數(shù)與其它五個(gè) 因子之間提供清晰比較。先前假設(shè)目標(biāo)剛度E 2的變化歸因于至少一個(gè)異常的存在，因此其 可與兩個(gè)參數(shù)h和1相關(guān)?？梢姰惓Ｉ疃萮的增大和異常長(zhǎng)度1的減小均等效于E 2(目標(biāo)結(jié)構(gòu) 的彈性模數(shù))的增大。
[0108] 對(duì)兩個(gè)異常參數(shù)之間的靈敏度進(jìn)行比較，可以從曲線圖中觀察到對(duì)于N = O~1(相 當(dāng)于h = 0~25.4謹(jǐn)，1 = 0~25.4謹(jǐn)），深度h的影響比長(zhǎng)度1的影響大得多。然而，當(dāng)N= 1~2 (相當(dāng)于h = 25.4~50.8mm，1 = 25.4~50.8mm)時(shí)，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)觀察到的量具有相對(duì)微小 的影響。這種趨勢(shì)暗示了鑒別符感測(cè)異常、不規(guī)則或變化的存在的靈敏范圍（如本文中進(jìn)一 步論述）。另外，如圖11、12和13中所示，與前三個(gè)動(dòng)力量F max、τ和amax+Smax的其它所有繪制因 子比較時(shí)，長(zhǎng)度1顯示出不太明顯。
[0109] 然而，彎曲能量損失百分KAf呈現(xiàn)對(duì)深度h和長(zhǎng)度1兩者的變化的更高靈敏度?？?以看出，Af因異常長(zhǎng)度1加倍而增大約4.6%，這比沖擊速度V i加倍而增大0.74%高得多。歸 因于前五個(gè)參數(shù)以1、!111、 11124142)與兩個(gè)異常參數(shù)(11、1)之間的變化范圍的此差異，在圖14 和15中分開示出靈敏度曲線圖。當(dāng)A f接近最大值1時(shí)，異常更接近受沖擊表面。當(dāng)心快速減小 時(shí)，異常變得更深。替代地，隨著異常長(zhǎng)度1增大，h以相對(duì)穩(wěn)定的比率上升。這種現(xiàn)象反映 出更多能量損失歸因于增多的異常引發(fā)的彎曲振動(dòng)。
[0110] 沖擊聲信號(hào)分析
[0111] 沖擊聲信號(hào)包含兩個(gè)部分:一個(gè)是可以通過使用作為沖擊尖端的測(cè)力計(jì)進(jìn)行測(cè)量 的沖擊力信號(hào)。另一個(gè)是通過傳聲器記錄的所得聲信號(hào)。根據(jù)本文中所公開的接觸動(dòng)力學(xué) 模型，動(dòng)力量經(jīng)證實(shí)對(duì)橡膠結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部異常的存在具有靈敏性。
[0112] 實(shí)驗(yàn)沖擊力信號(hào)提供對(duì)峰值沖擊力和沖擊持續(xù)時(shí)間的直接測(cè)量。這兩個(gè)量在理論 上可以從接觸動(dòng)力學(xué)模型中獲得。有必要比較實(shí)驗(yàn)得出的量與理論得出的量以便驗(yàn)證所述 模型。另外，分析裂紋對(duì)量的影響以驗(yàn)證采用這兩個(gè)量作為異常鑒別符的合理性。進(jìn)行分析 以便了解內(nèi)部異常對(duì)這兩個(gè)動(dòng)力量的影響。
[0113] 實(shí)例:
[0114] 以示例性立方體形狀制備并由具有此前表1中所列的材料特性的橡膠制成橡膠樣 本。使用兩組塊尺寸來研究塊長(zhǎng)度對(duì)沖擊動(dòng)力學(xué)量的影響：
[0115] · 50.8mm X 279.4mm X101.6mm( "101.6mm的塊"）；以及
[0116] · 50.8mm X 279.4mm X 152.4mm( "152.4mm的塊"）〇
[0117] 每個(gè)尺寸制造四個(gè)樣本，包含一個(gè)整體塊和三個(gè)各自在其頂部和底部范圍處并有 孔的塊。
[0118] 給出三個(gè)不同深度h為25.4mm、19.05mm、12.7mm以及兩個(gè)長(zhǎng)度1為25.4mm和 50.8mm，分析具有孔的三個(gè)塊。頂部孔與底部孔之間的最近距離為228.6mm，所述距離是通 過從塊的總高度中減去25.4mm的兩個(gè)深度h獲得的。此前經(jīng)證實(shí)，沖擊動(dòng)力學(xué)鑒別符對(duì)深于 25.4mm的異常變得不靈敏，相對(duì)應(yīng)地可假設(shè)能夠忽略遠(yuǎn)場(chǎng)變化(例如，與所施加沖擊的受影 響區(qū)域相距228.6mm處的另一異常）。
[0119]針對(duì)101.6mm的橡膠塊的四個(gè)情境，基于所開發(fā)的整體模型和異常模型計(jì)算峰值 沖擊力Fmax和沖擊持續(xù)時(shí)間τ的理論值。分別在圖16和17中繪制相對(duì)于沖擊速度的Fmax和τ。 在更高速度下，模型預(yù)測(cè)每個(gè)情境的更高沖擊力和更少?zèng)_擊持續(xù)時(shí)間。對(duì)于某個(gè)沖擊速度， 整體塊（曲線1)比孔塊（曲線2、3、4)給出更高沖擊力和更少?zèng)_擊持續(xù)時(shí)間，其與嵌入式異常 引入的其它膜彎曲撓度相關(guān)聯(lián)而不是與局部接觸變形相關(guān)聯(lián)。通過接近整體模型的預(yù)測(cè) 值，還觀察到隨著嵌入式異常的深度增長(zhǎng)，峰值沖擊力增大而沖擊持續(xù)時(shí)間減少。所述趨勢(shì) 顯示，異常的位置越深，異常的存在對(duì)所預(yù)測(cè)鑒別符的影響就越小。這驗(yàn)證了在單個(gè)塊中制 造兩個(gè)孔(即，"異常"）以用于模擬外胎中的兩個(gè)胎肩的合理性。
[0120] 圖18和19示出針對(duì)在12.7mm的相同深度下具有25.4mm和50.8mm的對(duì)應(yīng)異常長(zhǎng)度 的三個(gè)情境(即，101.6mm的整體塊和兩個(gè)帶孔的101.6mm的塊)的由沖擊速度引起的峰值沖 擊力和沖擊持續(xù)時(shí)間的變化趨勢(shì)。對(duì)于給定沖擊速度，帶孔塊比整體塊呈現(xiàn)更低沖擊力和 更長(zhǎng)沖擊持續(xù)時(shí)間。因此，異常越窄，在整體情況與孔情況之間的鑒別符就存在越少的差 異。顯然，具有無限接近零的異常長(zhǎng)度的塊等同于整體塊?？赏瑫r(shí)推斷出沖擊動(dòng)力學(xué)鑒別符 不能檢測(cè)大小過小的異常。
[0121]因此，沖擊動(dòng)力學(xué)量檢測(cè)異常的能力取決于傳感器的靈敏度和可檢測(cè)范圍。還可 以總結(jié)出，當(dāng)異常的位置深于25mm時(shí)，不能通過查找所測(cè)得的峰值沖擊力的變化檢測(cè)到異 常。然而，峰值沖擊力可以用作區(qū)分異常深度的鑒別符。因此，如本文中所論述的胎肩中的 目標(biāo)帶束邊緣異