一种转向架吊挂结构振动疲劳试验方法及系统与流程

1.本发明属于轨道车辆技术领域，具体涉及一种转向架吊挂结构振动疲劳试验方法及系统。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.随着轨道交通的快速发展，列车运营速度不断提高，线路条件不断恶化，转向架所承受的振动载荷不断增大，尤其对一系簧下部件的影响更为严重。目前轨道车辆吊挂部件的随机振动疲劳试验方法主要参考标准iec 61373和线路实测加速度载荷，标准中规定的振动载荷与轨道车辆线路载荷往往存在较大的差异，从而导致吊挂结构的疲劳损伤计算偏离结构实际损伤。
4.基于线路载荷的振动疲劳试验通常将实测加速度载荷进行傅里叶变换得到加速度功率谱，然后通过幅值放大来实现结构的加速试验，发明人发现，该方法主要存在以下问题：(1)线路载荷一般为非平稳信号，以其对应的加速度功率谱作为振动试验的输入载荷将导致试验结果与实际损伤出现较大的差异；(2)试验模拟长寿命工况时采用幅值增强方法，通过增大幅值来缩减时间，这样会导致结构的试验应力幅值与实际服役状态下的应力存在较大差异，结构整体振动能力提升。在前期的轴装电线支架相关试验中，加速试验往往导致结构连接螺栓及安装线缆等附件出现多次失效的情况，加长试验周期，增加了试验成本。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种转向架吊挂结构振动疲劳试验方法及系统，该方法通过线路实测加速度载荷及对应的载荷-应力传递函数获取结构服役状态的应力时程曲线，进而编制应力谱，最后基于疲劳损伤一致性理论构建保留实际应力幅值-缩短试验时间的加速度试验谱。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种转向架吊挂结构振动疲劳试验方法，包括以下步骤：
8.获取转向架吊挂结构的输入振动加速度时域载荷和加速度功率谱；
9.将加速度功率谱作为振动试验台的输入载荷，同步采集试验工装输入加速度时域信号和转向架吊挂结构关键区域的应力响应；
10.获取转向架吊挂结构的加速度-应力传递函数；
11.计算转向架吊挂结构关键区域的应力响应曲线，通过雨流计数法循环计数并编制应力谱，计算结构的相对疲劳损伤值；
12.构建高幅值、中幅值、低幅值三级应力谱，确定转向架吊挂结构整个寿命里程下的疲劳损伤，计算三级应力谱高、中、低幅值对应的循环次数；
13.建立三级试验应力谱，确定三级定频加速度试验谱。
14.作为进一步的技术方案，通过线路试验获取转向架吊挂结构的输入振动加速度时
域载荷，而后利用傅里叶变换的方法计算得到对应的加速度功率谱。
15.作为进一步的技术方案，利用神经网络拟合方法或带通滤波的方式获取转向架吊挂结构的加速度-应力传递函数。
16.作为进一步的技术方案，结合线路测试中振动加速度输入载荷和加速度-应力传递函数计算得到转向架吊挂结构关键区域的应力响应曲线；而后通过雨流计数法循环计数并编制应力谱，计算结构的相对疲劳损伤值d1；
[0017][0018]
其中，σi、ni分别为应力幅值谱中第i级应力幅值和循环次数，c、m分别为车轮s-n曲线的参数。
[0019]
作为进一步的技术方案，对转向架吊挂结构关键区域的应力响应进行统计，计算得到结构的最大应力幅值，以该应力幅值作为试验谱的最高应力幅值σ
max
，确定高幅值σ
max
、中幅值0.75倍σ
max
、低幅值0.5倍σ
max
的三级应力幅值。
[0020]
作为进一步的技术方案，三级应力谱中高、中、低幅值对应的循环次数按n：2n：3n设置。
[0021]
作为进一步的技术方案，根据线路试验数据对应的运营里程l1及车辆设计里程l，确定转向架吊挂结构整个寿命里程下的疲劳损伤d：
[0022][0023]
作为进一步的技术方案，依据疲劳损伤一致性理论，计算三级应力谱高、中、低幅值对应的循环次数，计算公式如下：
[0024][0025]
作为进一步的技术方案，各级应力幅值对应的循环次数满足变异系数为0.1的高斯分布，建立失效概率为97.5％的试验应力谱；结合试验台工作能力及试验应力谱确定加速度试验谱，并设定试验载荷加载频率。
[0026]
第二方面，本发明还提供了一种转向架吊挂结构振动疲劳试验系统，包括：
[0027]
第一模块，用于获取转向架吊挂结构的输入振动加速度时域载荷和加速度功率谱；
[0028]
第二模块，用于将加速度功率谱作为振动试验台的输入载荷，同步采集试验工装输入加速度时域信号和转向架吊挂结构关键区域的应力响应；
[0029]
第三模块，用于获取转向架吊挂结构的加速度-应力传递函数；
[0030]
第四模块，用于计算转向架吊挂结构关键区域的应力响应曲线，通过雨流计数法循环计数并编制应力谱，计算结构的相对疲劳损伤值；
[0031]
第五模块，用于构建高幅值、中幅值、低幅值三级应力谱，确定转向架吊挂结构整个寿命里程下的疲劳损伤，计算三级应力谱高、中、低幅值对应的循环次数；
[0032]
第六模块，用于建立三级试验应力谱，确定三级定频加速度试验谱。
[0033]
第三方面，本发明还提供了一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征是，所述指令适于由处理器加载并执行如上所
述的转向架吊挂结构振动疲劳试验方法。
[0034]
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征是，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如上所述的转向架吊挂结构振动疲劳试验方法。
[0035]
上述本发明的有益效果如下：
[0036]
本发明的振动疲劳试验方法，充分利用前期测试的加速度数据，提高了线路数据的利用率，同时可减免线路动应力测试成本；该方法中试验应力谱的各级应力幅值均为结构实际服役中的应力值，减小了常规试验通过增大载荷幅值来实现加速试验而导致的疲劳损伤误差。
[0037]
本发明的振动疲劳试验方法，加速度试验谱直接由结构服役状态下的应力确定，消除了线路载荷非平稳性对结构损伤的影响；应力幅值谱以大量线路试验数据为依托，包含了轨道车辆的各种运营环境和载荷工况，例如线路波磨、高低速运行、进入隧道、不同曲线半径等典型工况，试验结果更贴近实际情况。
[0038]
本发明的振动疲劳试验方法，采用定频高中低循环加载，充分考虑了不同加速度幅值作用顺序对试验结果的影响；载荷形式简单，易加载，提高了试验效率。
[0039]
本发明的振动疲劳试验方法，应用实际应力幅值-缩短试验时间的加速度试验谱，试验过程中降低了安装螺栓及相关附件提前失效的概率，缩短了试验周期，节约试验成本；加速度试验谱考虑了结构失效概率为97.5％，消除了结构性能差异性对试验结果的影响。
附图说明
[0040]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0041]
图1是本发明根据一个或多个实施方式的转向架吊挂结构振动疲劳试验方法流程图；
[0042]
图2是本发明根据一个或多个实施方式的应力谱的示意图；
[0043]
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
[0044]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。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发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0045]
实施例1：
[0046]
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种转向架吊挂结构振动疲劳试验方法，通过线路试验获取转向架吊挂结构的输入振动加速度时域载荷，利用傅里叶变换的方法计算得到对应的加速度功率谱，并将该功率谱作为输入载荷进行振动台架试验，同步采集工装位置输入加速度和吊挂结构关键区域的应力响应，应用神经网络拟合的方法获取加速度-应力传递函数。结合线路测试中大量的振动加速度输入载荷和加速度-应力传递函数计算转向架吊挂结构关键区域的应力响应曲线，通过雨流计数法循环计数并编制应力谱，计算结构的相对疲劳损伤值。依据吊挂结构应力幅值分布特点及疲劳损伤一致性理
论，构建高幅值、中幅值、低幅值三级应力谱，该应力谱保留结构实际幅值，通过改变循环次数来缩短试验时间。考虑转向架吊挂部件不同样本间的结构性能存在一定的离散型，进而建立失效概率为97.5％的三级试验应力谱，最后确定三级定频加速度试验谱。
[0047]
具体的，本实施例转向架吊挂结构振动疲劳试验方法包括如下过程：
[0048]
s1：获取转向架吊挂结构的输入振动加速度时域载荷和加速度功率谱；
[0049]
本实施例中，通过线路试验获取转向架吊挂结构的输入振动加速度时域载荷，而后利用傅里叶变换的方法计算得到对应的加速度功率谱。
[0050]
s2：将上述加速度功率谱作为振动试验台的输入载荷，同步采集试验工装输入加速度时域信号和转向架吊挂结构关键区域的应力响应；
[0051]
本实施例中，转向架吊挂结构关键区域指的是结构疲劳危险区域。
[0052]
s3：获取转向架吊挂结构的加速度-应力传递函数；
[0053]
本实施例中，利用神经网络拟合方法或带通滤波的方式获取转向架吊挂结构的加速度-应力传递函数。
[0054]
s4：计算转向架吊挂结构关键区域的应力响应曲线，通过雨流计数法循环计数并编制应力谱，计算结构的相对疲劳损伤值；
[0055]
本实施例中，结合线路测试中大量的振动加速度输入载荷和加速度-应力传递函数计算得到转向架吊挂结构关键区域的应力响应曲线；而后通过雨流计数法循环计数并编制应力谱，利用公式(1)计算结构的相对疲劳损伤值d1；
[0056][0057]
其中，σi、ni分别为应力幅值谱中第i级应力幅值和循环次数，c、m分别为车轮s-n曲线的相关参数，其中m取值为3.5。
[0058]
s5：构建高幅值、中幅值、低幅值三级应力谱，确定转向架吊挂结构整个寿命里程下的疲劳损伤，计算三级应力谱高、中、低幅值对应的循环次数；
[0059]
本实施例中，依据吊挂结构应力幅值分布特点及疲劳损伤一致性理论，构建高幅值、中幅值、低幅值三级应力谱，该应力谱保留结构实际幅值，通过改变循环次数来缩短试验时间。
[0060]
具体的，对转向架吊挂结构关键区域的应力响应进行梳理统计，计算得到结构的最大应力幅值，以该应力幅值作为试验谱的最高应力幅值σ
max
，确定高幅值σ
max
、中幅值0.75倍σ
max
、低幅值0.5倍σ
max
的三级应力幅值。
[0061]
由应力谱中应力幅值与循环次数的变化关系可知，随着应力幅值的增大，其对应的循环次数不断减小，考虑结构的试验周期，三级应力谱中高、中、低幅值对应的循环次数按n：2n：3n设置。
[0062]
根据线路试验数据对应的运营里程l1及车辆设计里程l，确定转向架吊挂结构整个寿命里程下的疲劳损伤d：
[0063][0064]
依据疲劳损伤一致性理论，计算三级应力谱高、中、低幅值对应的循环次数，计算公式如下：
[0065][0066]
s6：考虑转向架吊挂部件不同样本间的结构性能存在一定的离散型，进而建立失效概率为97.5％的三级试验应力谱，最后确定三级定频加速度试验谱；
[0067]
由于吊挂结构不同样本疲劳性能具有一定的离散性，考虑各级应力幅值对应的循环次数满足变异系数为0.1的高斯分布，进而建立失效概率为97.5％的试验应力谱；
[0068]
结合试验台工作能力及试验应力谱确定加速度试验谱，并设定试验载荷加载频率。
[0069]
考虑不同载荷幅值加载次序对结构试验结果的影响，试验时采用高、中、低幅值载荷循环加载。
[0070]
本发明充分利用前期线路加速度测试数据，提高了线路数据的利用率，可减免线路动应力测试成本；计算得到的应力响应可真实地反映转向架吊挂结构在服役状态下的应力水平；试验应力谱中最大应力幅值为线路载荷作用下推算出的应力最大幅值，各级应力幅值均为结构实际服役中的应力值，减小了常规试验通过增大载荷幅值来实现加速试验而导致的疲劳损伤误差，试验结果与实际情况更为接近；加速度试验谱直接由结构服役状态下的应力确定，消除了线路载荷随机性对结构损伤的影响；加速度试验谱采用定频高中低循环加载，充分考虑了不同幅值作用顺序对试验结果的影响；本发明提出的振动疲劳试验方法载荷形式简单，易加载，缩短试验周期，提高了试验效率，降低试验成本。
[0071]
实施例2：
[0072]
本实施例中提出一种转向架吊挂结构振动疲劳试验系统，包括：
[0073]
第一模块，用于获取转向架吊挂结构的输入振动加速度时域载荷和加速度功率谱；
[0074]
第二模块，用于将加速度功率谱作为振动试验台的输入载荷，同步采集试验工装输入加速度时域信号和转向架吊挂结构关键区域的应力响应；
[0075]
第三模块，用于获取转向架吊挂结构的加速度-应力传递函数；
[0076]
第四模块，用于计算转向架吊挂结构关键区域的应力响应曲线，通过雨流计数法循环计数并编制应力谱，计算结构的相对疲劳损伤值；
[0077]
第五模块，用于构建高幅值、中幅值、低幅值三级应力谱，确定转向架吊挂结构整个寿命里程下的疲劳损伤，计算三级应力谱高、中、低幅值对应的循环次数；
[0078]
第六模块，用于建立三级试验应力谱，确定三级定频加速度试验谱。
[0079]
需要说明的是，上述各模块的具体实现过程已经在实施例一中进行了详细说明，此处不再详述。
[0080]
实施例3：
[0081]
本实施例中提出一种终端设备，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实施例一中的转向架吊挂结构振动疲劳试验方法。为了简洁，在此不再赘述。
[0082]
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。
[0083]
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。
[0084]
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。
[0085]
实施例4：
[0086]
本实施例中提出一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的转向架吊挂结构振动疲劳试验方法。
[0087]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0088]
本发明是根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0089]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0090]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0091]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。