一种轨道交通机车的车轮强度的评估方法以及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种轨道交通机车的车轮强度的评估方法以及装置。其中，所述方法包括：将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力；根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力；判断平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内；在判断平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估待评估车轮的强度为安全工况。通过本发明，克服了现有技术中由于仿真人员存在个体差异导致的分析结果不统一的问题。
【专利说明】
一种轨道交通机车的车轮强度的评估方法以及装置
技术领域
[0001]本发明涉及轨道交通机车领域，具体地，涉及一种轨道交通机车的车轮强度的评估方法以及装置。
【背景技术】
[0002]在现有的轨道交通机车车辆车轮强度评估，主要流程是专业的仿真人员通过对设计师提供的CAD模型进行手动划分网格，再进行手动加载及建立大量的计算工况，对复杂的计算结果需要大量的时间进行处理，即浪费大量人力，也容易出错。特别是针对车轮结构及受力状态，计算出来的应力结果需要进行特殊的处理，有很大的技术难度，是人力无法克服的。处理过程中大数据的处理，也是现在车轮强度评估过程中，面对的技术难题，特别易出错。对于编制报告来说，面对输出几十个工况、4种或更多种应力结果云图，以及列表出待检测车轮的节点处的评估结果，都需要花费大量的人力，也易出错。
[0003]总的来说，现有技术中人为干预情况过多，且存在因仿真人员个体差异导致的分析结果不统一的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种轨道交通机车的车轮强度的评估方法以及装置。其中，所述方法能够自动对各个工况下的数据进行处理，不仅克服了现有技术中由于仿真人员存在个体差异导致的分析结果不统一的问题，而且还减少了人为干预情况的发生。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种轨道交通机车的车轮强度的评估方法。所述方法包括:
[0006]将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力；
[0007]根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力；
[0008]根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内；
[0009]在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况。
[0010]可选地，所述方法还包括:
[0011]在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为故障工况。
[0012]可选地，所述将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力之前，所述方法还包括:
[0013]根据所述待评估车轮的设计参数建立得到所述待评估车轮的三维模型；
[0014]对所述待评估车轮的三维模型进行有限元网格的自动剖分，得到所述待评估车轮模型。
[0015 ]可选地，所述设计参数包括车轮截面参数、旋转角度以及控制参数。
[0016]可选地，所述根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力，包括:
[0017]根据所述关键点在多种工况下的应力张量计算得到所述关键点在多种工况下的等效应力；
[0018]根据所述关键点在多种工况下的主应力计算得到所述关键点在多种工况下主应力最大值的方向余弦；
[0019]将所述关键点在多种工况下的其它方向主应力分别在与每一工况对应的主应力最大值的方向上进行投影，求取投影值；
[0020]根据所述投影值查找所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值；
[0021]根据所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值计算得到所述关键点在该工况下的平均应力、应力幅值以及应力范围。
[0022]可选地，所述方法还包括:
[0023]在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，调整所述待评估车轮的设计参数，以使得所述待评估车轮的强度处于安全工况。
[0024]可选地，所述方法还包括:
[0025]根据评估结果自动生成所述待评估车轮的评估报告，
[0026]其中，所述评估报告包括所述待评估车轮上的关键点的应力云图、应力结果以及安全系数。
[0027]相应地，本发明还提供一种轨道交通机车的车轮强度的评估装置。所述装置包括:
[0028]采集单元，用于将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力；
[0029]计算单元，用于根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力；
[°03°]判断单元，用于根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内；
[0031]评估单元，用于在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况。
[0032]可选地，所述判断单元，还用于:
[0033]在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为故障工况。
[0034]可选地，所述计算单元，具体用于:
[0035]根据所述关键点在多种工况下的应力张量计算得到所述关键点在多种工况下的等效应力；
[0036]根据所述关键点在多种工况下的主应力计算得到所述关键点在多种工况下主应力最大值的方向余弦；
[0037]将所述关键点在多种工况下的其它方向主应力分别在与每一工况对应的主应力最大值的方向上进行投影，求取投影值；
[0038]根据所述投影值查找所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值；
[0039]根据所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值计算得到所述关键点在该工况下的平均应力、应力幅值以及应力范围。
[0040]通过上述技术方案，将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力;并根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力;及根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内；在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况，不仅克服了现有技术中由于仿真人员存在个体差异导致的分析结果不统一的问题，而且还减少了人为干预情况的发生，给仿真人员提供了简便、快捷的评估方法。
【附图说明】
[0041]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
[0042]图1是本发明一实施例提供的轨道交通机车的车轮强度的评估方法的流程图；
[0043]图2是本发明一实施例提供的轨道交通机车的车轮强度的评估装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0044]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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0045]图1是本发明一实施例提供的轨道交通机车的车轮强度的评估方法的流程图。如图1所示，本发明一实施例提供的轨道交通机车的车轮强度的评估方法包括:
[0046]在步骤SlOl中，将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力。
[0047]具体地，在该步骤之前，所述方法还包括:根据所述待评估车轮的设计参数建立得到所述待评估车轮的三维模型；对所述待评估车轮的三维模型进行有限元网格的自动剖分，得到所述待评估车轮模型。其中，所述设计参数包括车轮截面参数、旋转角度以及控制参数。
[0048]通过输入可以控制车轮截面参数，实现车轮截面的自动生成，同时参数化建立与之匹配的车轴部分截面，通过设定旋转角度，生成三维模型。同时，根据待检测车轮的具体结构，通过设定控制参数，建立车轮上如销孔的三维模型。然后，实现三维模型的有限元网格的自动剖分。
[0049]接着，在步骤S102中，根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力。
[0050]具体地，该步骤包括:根据所述关键点在多种工况下的应力张量计算得到所述关键点在多种工况下的等效应力;根据所述关键点在多种工况下的主应力计算得到所述关键点在多种工况下主应力最大值的方向余弦;将所述关键点在多种工况下的其它方向主应力分别在与每一工况对应的主应力最大值的方向上进行投影，求取投影值;根据所述投影值查找所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值;根据所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值计算得到所述关键点在该工况下的平均应力、应力幅值以及应力范围。
[0051 ]紧接着，在步骤S103中，根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内。
[0052]具体地，针对每一个关键点，每一种工况下的等效应力均小于车轮材料的屈服强度，则说明关键点的等效应力在预设的范围之内。换句话说，车轮的静强度评估合格。针对每一个关键点，每一种工况下的平均应力、应力幅值以及应力范围均在预设的数据范围内，则说明关键点的平均应力、应力幅值以及应力范围在预设的范围之内。换句话说，车轮的疲劳强度评估合格。
[0053]最后，在步骤S104中，在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况。
[0054]具体地，在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为故障工况。
[0055]优选地，所述方法还包括:在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，调整所述待评估车轮的设计参数，以使得所述待评估车轮的强度处于安全工况。藉此，实现了车轮的自动循环评估，直到设计的车轮满足强度要求为止。
[0056]优选地，所述方法还包括:根据评估结果自动生成所述待评估车轮的评估报告，其中，所述评估报告包括所述待评估车轮上的关键点的应力云图、应力结果以及安全系数。藉此，仿真人员可以直观地了解到车轮的评估结果。
[0057]本实施例将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力；并根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力;及根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内；在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况，不仅克服了现有技术中由于仿真人员存在个体差异导致的分析结果不统一的问题，而且还减少了人为干预情况的发生，给仿真人员提供了简便、快捷的评估方法。
[0058]对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
[0059]图2是本发明一实施例提供的轨道交通机车的车轮强度的评估装置的结构示意图。如图2所示，本发明一实施例提供的轨道交通机车的车轮强度的评估装置包括:
[0060]采集单元201，用于将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力；
[0061]计算单元202，用于根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力；
[0062]判断单元203，用于根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内；
[0063]评估单元204，用于在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况。
[0064]在本发明一可选实施例中，所述判断单元203，还用于:
[0065]在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为故障工况。
[0066]在本发明一可选实施例中，所述计算单元202，具体用于:
[0067]根据所述关键点在多种工况下的应力张量计算得到所述关键点在多种工况下的等效应力；
[0068]根据所述关键点在多种工况下的主应力计算得到所述关键点在多种工况下主应力最大值的方向余弦；
[0069]将所述关键点在多种工况下的其它方向主应力分别在与每一工况对应的主应力最大值的方向上进行投影，求取投影值；
[0070]根据所述投影值查找所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值；
[0071]根据所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值计算得到所述关键点在该工况下的平均应力、应力幅值以及应力范围。
[0072]需要说明的是，对于本发明提供的轨道交通机车的车轮强度的评估装置还涉及的具体细节已在本发明提供的轨道交通机车的车轮强度的评估方法中作了详细的说明，在此不在赘述。
[0073]应当注意的是，在本发明的系统的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合，例如，可以将一些部件组合为单个部件，或者可以将一些部件进一步分解为更多的子部件。
[0074]本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0075]应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0076]以上实施方式仅适于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【主权项】
1.一种轨道交通机车的车轮强度的评估方法，其特征在于，所述方法包括: 将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力； 根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力； 根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内； 在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况。2.根据权利要求1所述的轨道交通机车的车轮强度的评估方法，其特征在于，所述方法还包括: 在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为故障工况。3.根据权利要求1所述的轨道交通机车的车轮强度的评估方法，其特征在于，所述将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力之前，所述方法还包括: 根据所述待评估车轮的设计参数建立得到所述待评估车轮的三维模型； 对所述待评估车轮的三维模型进行有限元网格的自动剖分，得到所述待评估车轮模型。4.根据权利要求3所述的轨道交通机车的车轮强度的评估方法，其特征在于，所述设计参数包括车轮截面参数、旋转角度以及控制参数。5.根据权利要求1所述的轨道交通机车的车轮强度的评估方法，其特征在于，所述根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力，包括: 根据所述关键点在多种工况下的应力张量计算得到所述关键点在多种工况下的等效应力； 根据所述关键点在多种工况下的主应力计算得到所述关键点在多种工况下主应力最大值的方向余弦； 将所述关键点在多种工况下的其它方向主应力分别在与每一工况对应的主应力最大值的方向上进行投影，求取投影值； 根据所述投影值查找所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值； 根据所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值计算得到所述关键点在该工况下的平均应力、应力幅值以及应力范围。6.根据权利要求1所述的轨道交通机车的车轮强度的评估方法，其特征在于，所述方法还包括: 在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，调整所述待评估车轮的设计参数，以使得所述待评估车轮的强度处于安全工况。7.根据权利要求1或2所述的轨道交通机车的车轮强度的评估方法，其特征在于，所述方法还包括: 根据评估结果自动生成所述待评估车轮的评估报告， 其中，所述评估报告包括所述待评估车轮上的关键点的应力云图、应力结果以及安全系数。8.一种轨道交通机车的车轮强度的评估装置，其特征在于，所述装置包括: 采集单元，用于将预设的计算参数输入至预设的待评估车轮模型，以实现车辆载荷的自动加载和多种工况的自动创建，并采集得到待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力； 计算单元，用于根据待评估车轮上的关键点在多种工况下的坐标、应力张量及主应力计算得到所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力； 判断单元，用于根据所述关键点的平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力是否在预设的范围内； 评估单元，用于在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为安全工况。9.根据权利要求8所述的轨道交通机车的车轮强度的评估装置，其特征在于，所述判断单元，还用于: 在判断所述平均应力、应力幅值、应力范围以及等效应力不在预设的范围内的情况下，则评估所述待评估车轮的强度为故障工况。10.根据权利要求8所述的轨道交通机车的车轮强度的评估装置，其特征在于，所述计算单元，具体用于: 根据所述关键点在多种工况下的应力张量计算得到所述关键点在多种工况下的等效应力； 根据所述关键点在多种工况下的主应力计算得到所述关键点在多种工况下主应力最大值的方向余弦； 将所述关键点在多种工况下的其它方向主应力分别在与每一工况对应的主应力最大值的方向上进行投影，求取投影值； 根据所述投影值查找所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值； 根据所述关键点在每一工况下的投影最大值和投影最小值计算得到所述关键点在该工况下的平均应力、应力幅值以及应力范围。
【文档编号】G06F17/50GK106021688SQ201610321829
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】王玉光, 高乐乐, 马利军
【申请人】中车青岛四方机车车辆股份有限公司