CN112857840A - 基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法 - Google Patents

基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轨道车辆技术领域，提供一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值，并根据第一疲劳损伤值计算得到弹簧载荷的等效弹簧载荷；根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值，并根据第二疲劳损伤值计算得到减振器载荷的等效减振器载荷；根据等效弹簧载荷和等效减振器载荷计算等到构架的疲劳损伤评估值。本发明通过获取单一实测载荷作用下的应力时程曲线，在此基础上得到构架关键点的疲劳损伤，建立基于两种等效载荷耦合作用下的构架疲劳损伤计算方法，使疲劳损伤评估结果更为接近实际疲劳损伤。

Description

基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法。
背景技术
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。目前对转向架构架的疲劳强度评估主要依据UIC、JIS标准进行评价，计算结果往往与实际线路测试损伤存在一定的差异，尤其在构架端部的应力分布特点与实际损伤分布差异较大，因此探索一种更为准确评估构架疲劳强度的方法对列车安全运行及构架优化设计具有重要的工程意义。
发明内容
本发明提出一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，用以解决现有技术中计算结果往往与实际线路测试损伤存在一定的差异，尤其在构架端部的应力分布特点与实际损伤分布差异较大的缺陷，通过获取单一实测载荷作用下的应力时程曲线，在此基础上得到构架关键点的疲劳损伤，依据疲劳损伤一致性准则计算得到单一载荷对应的等效载荷，考虑一系减振器载荷和弹簧载荷的相位特征，建立基于两种等效载荷耦合作用下的构架疲劳损伤计算方法，使疲劳损伤评估结果更为接近实际疲劳损伤。
根据本发明提供的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，包括：
根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值，并根据所述第一疲劳损伤值计算得到所述弹簧载荷的等效弹簧载荷；
根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值，并根据所述第二疲劳损伤值计算得到所述减振器载荷的等效减振器载荷；
根据所述等效弹簧载荷和所述等效减振器载荷计算等到所述构架的疲劳损伤评估值。
根据本发明的一种实施方式，所述根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
根据轨道车辆的载荷时域信息，生成基于所述弹簧载荷的弹簧载荷时间历程曲线；
对所述构架进行三维建模，并选取测试点；
对所述构架构建基于所述弹簧载荷的有限元分析，获得所述测试点基于所述弹簧载荷的第一应力值；
根据所述弹簧载荷时间历程曲线和所述第一应力值生成弹簧载荷应力谱；
基于所述线性累计损伤理论和所述弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值。
具体来说，本实施例提供了一种根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值的实施方式，通过对构架在单一的弹簧载荷作用下，可有效反映出单一载荷作用对构架疲劳损伤的实际贡献量。
需要说明的是，在弹簧载荷施加的有限元分析过程中，对构架施加位置的弹簧载荷幅值单一，循环次数恒定。
还需要说明的是，对于测试点的选取，可以选取一个测试点也可以选取多个测试单，但在进行有限元分析过程中，对弹簧载荷和减振器载荷进行分析时，须对应的测试点相同，在测试点相同的情况下才能对弹簧载荷和减振器载荷在该测试点的等效载荷分析。
根据本发明的一种实施方式，所述基于所述线性累计损伤理论和所述弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
获取所述构架的设计寿命里程和测试里程，基于以下公式计算疲劳损伤，并将所述疲劳损伤标记为所述第一疲劳损伤值；
Figure BDA0002882844500000031
式中：D为疲劳损伤；
L为测试里程；
L′为测试里程；
σi为应力谱中第i级的应力幅值；
Ni为应力谱中第i级的循环次数；
m和C为材料参数。
具体来说，本实施例提供了一种基于所述线性累计损伤理论和所述弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值的实施方式，通过结合弹簧载荷应力谱，选取指定级数的应力幅值和循环次数，便可获知该测试点在该级数下的单一载荷，即弹簧载荷，并将计算得到疲劳损伤结果作为反应测试点在单一弹簧载荷的作用下，该级数内的第一疲劳损伤值。
根据本发明的一种实施方式，所述根据所述弹簧载荷时间历程曲线和所述第一应力值生成弹簧载荷应力谱的步骤中，具体还包括：
根据疲劳损伤值、构架焊缝疲劳极限和载荷应力传递系数，基于以下公式计算等效载荷，并将所述等效载荷标记为所述等效弹簧载荷；
Figure BDA0002882844500000032
式中：F为等效载荷；
D为疲劳损伤；
σα为构架焊缝疲劳极限；
k为载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种根据所述弹簧载荷时间历程曲线和所述第一应力值生成弹簧载荷应力谱的实施方式，通过依据疲劳损伤一致性理论，并根据获得的第一疲劳损伤值求得该测试点在单一弹簧载荷作用下的等效弹簧载荷。
根据本发明的一种实施方式，所述对所述构架构建基于所述弹簧载荷的有限元分析，获得所述测试点基于所述弹簧载荷的第一应力值的步骤中，具体还包括：
根据所述弹簧载荷和所述第一应力值生成弹簧载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种得到弹簧载荷应力传递系数的实施方式，通过在有限元分析过程中，对构架的施加单一的弹簧载荷，得到构架在单一弹簧载荷作用下的应力响应云图，并获得在单一弹簧载荷作用下，构架上选取的测试点反映出的应力值。根据有限元仿真分析结果、单一弹簧载荷时间历程曲线和测试点的应力响应生成弹簧载荷应力传递系数，进而编制构架的第一应力谱。
根据本发明的一种实施方式，所述根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
根据轨道车辆的载荷时域信息，生成基于所述减振器载荷的减振器载荷时间历程曲线；
对所述构架进行三维建模，并选取测试点；
对所述构架构建基于所述减振器载荷的有限元分析，并获得所述测试点基于所述减振器载荷的第二应力值；
根据所述弹簧载荷时间历程曲线和所述第一应力值生成弹簧载荷应力谱；
根据所述减振器载荷时间历程曲线和所述第二应力值生成减振器载荷应力谱；
基于所述线性累计损伤理论和所述减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值。
具体来说，本实施例提供了一种根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值的实施方式，通过对构架在单一的减振器载荷作用下，可有效反映出单一载荷作用对构架疲劳损伤的实际贡献量。
需要说明的是，在减振器载荷施加的有限元分析过程中，对构架施加位置的减振器载荷幅值单一，循环次数恒定。
还需要说明的是，对于测试点的选取，可以选取一个测试点也可以选取多个测试单，但在进行有限元分析过程中，对弹簧载荷和减振器载荷进行分析时，须对应的测试点相同，在测试点相同的情况下才能对弹簧载荷和减振器载荷在该测试点的等效载荷分析。
根据本发明的一种实施方式，所述基于所述线性累计损伤理论和所述减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
获取所述构架的设计寿命里程和测试里程，基于以下公式计算疲劳损伤，并将所述疲劳损伤标记为所述第二疲劳损伤值；
Figure BDA0002882844500000051
式中：D为疲劳损伤；
L为测试里程；
L′为测试里程；
σi为应力谱中第i级的应力幅值；
Ni为应力谱中第i级的循环次数；
m和C为材料参数。
具体来说，本实施例提供了一种基于所述线性累计损伤理论和所述减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值的实施方式，通过结合减振器载荷应力谱，选取指定级数的应力幅值和循环次数，便可获知该测试点在该级数下的单一载荷，即减振器载荷，并将计算得到疲劳损伤结果作为反应测试点在单一减振器载荷的作用下，该级数内的第二劳损伤值。
根据本发明的一种实施方式，所述根据所述第二疲劳损伤值计算得到所述减振器载荷的等效减振器载荷的步骤中，具体包括：
根据疲劳损伤值、构架焊缝疲劳极限和载荷应力传递系数，基于以下公式计算等效载荷，并将所述等效载荷标记为所述等效弹簧载荷和所述等效减振器载荷；
Figure BDA0002882844500000061
式中：F为等效载荷；
D为疲劳损伤；
σα为构架焊缝疲劳极限；
k为载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种根据所述第二疲劳损伤值计算得到所述减振器载荷的等效减振器载荷的实施方式，通过依据疲劳损伤一致性理论，并根据获得的第二疲劳损伤值求得该测试点在单一减振器载荷作用下的等效减振器载荷。
根据本发明的一种实施方式，所述对所述构架构建基于所述减振器载荷的有限元分析，并获得所述测试点基于所述减振器载荷的第二应力值的步骤中，具体还包括：
根据所述减振器载荷和所述第二应力值生成减振器载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种得到减振器载荷应力传递系数的实施方式，通过在有限元分析过程中，对构架的施加单一的减振器载荷，得到构架在单一减振器载荷作用下的应力响应云图，并获得在单一减振器载荷作用下，构架上选取的测试点反映出的应力值。根据有限元仿真分析结果、单一减振器载荷时间历程曲线和测试点的应力响应生成减振器载荷应力传递系数，进而编制构架的第二应力谱。
根据本发明的一种实施方式，所述根据所述等效弹簧载荷和所述等效减振器载荷计算等到所述构架的疲劳损伤评估值的步骤中，具体包括：
Figure BDA0002882844500000071
式中：Deq为构架疲劳损伤评估值；
Fj为等效减振器载荷；
Fs为等效弹簧载荷；
kj为减振器载荷应力传递系数；
ks为弹簧载荷应力传递系数；
ω为轨道车辆的载荷圆频率；
t为时间序列；
σα为构架焊缝疲劳极限；
m为材料参数；
Figure BDA0002882844500000072
为相位差。
具体来说，本实施例提供了一种根据所述等效弹簧载荷和所述等效减振器载荷计算等到所述构架的疲劳损伤评估值的实施方式，通过根据弹簧载荷和减振器载荷的相位特点及线性损伤累计理论，得到基于等效载荷得到构架的疲劳损伤评估值。
需要说明的是，通过本发明可以在进行单一弹簧载荷和单一减振器载荷分析后，通过对弹簧载荷和减振器载荷进行耦合，形成等效载荷，得到更加接近构架的疲劳损伤真实值的疲劳损伤评估值。
进一步地，在进行弹簧载荷和减振器载荷耦合的过程中，需考虑弹簧载荷和减振器载荷的相位差，可在多次进行测试点的选取和相应的耦合实现，进而优化相位差的范围。
本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，通过获取单一实测载荷作用下的应力时程曲线，在此基础上得到构架关键点的疲劳损伤，依据疲劳损伤一致性准则计算得到单一载荷对应的等效载荷，考虑一系减振器载荷和弹簧载荷的相位特征，建立基于两种等效载荷耦合作用下的构架疲劳损伤计算方法，使疲劳损伤评估结果更为接近实际疲劳损伤。
本发明的附加方面和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
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法的流程示意图；
图2是本发明提供的基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法中，轨道车辆的载荷时域信息示意图之一；
图3是本发明提供的基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法中，轨道车辆的载荷时域信息示意图之二；
图4是本发明提供的基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法中，减振器动态特征示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1是本发明提供的基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法的流程示意图。图1展示本发明构架疲劳损伤评估方法的流程。
图2和图3是本发明提供的基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法中，轨道车辆的载荷时域信息示意图之一和之二。需要说明的是，为了获取轨道车辆的载荷时域信息，可通过专业的力传感器制作工序如应变片组桥、绝缘、温控、封装、信号放大以及加载试验等，将轴箱弹簧、一系减振器做成力传感器元件。由于这种“力传感器”能够连续记录任意时刻构架的载荷变化情况，因此该方法可实现对构架垂向载荷信号的连续测试。
进一步地，如图2和图3所示，图2展示了作用频率为10至15Hz区间的载荷变化情况，由图2可知，弹簧载荷幅值高于减振器载荷，且与减振器载荷存在一定的相位差，通过理论计算得到一系减振器载荷在相位上超前于弹簧载荷约70°。图3展示了作用频率为35至40Hz区间的载荷变化情况，可以看出弹簧载荷幅值及相位角与减振器载荷存在差异较小，计算得到减振器载荷在相位上超前于弹簧载荷约35°。
图4是本发明提供的基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法中，减振器动态特征示意图。由于实际的减振器在运用过程中，两端安装有弹性的橡胶节点，而且油液也具有一定的可压缩性，尤其是高频振动时混入气泡，产生空化均会使得减振器在产生一定的弹性特性，此时减振器载荷与振动速度之间会产生相位差。利用台架试验对某型减振器进行相位特征分析，结果如图4所示。由图可知，在一定的频率范围内，随着作用载荷频率的增大，减振器载荷与输入位移之间的相位差不断减小。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图4所示，本方案提供一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，包括：
根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值，并根据第一疲劳损伤值计算得到弹簧载荷的等效弹簧载荷；
根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值，并根据第二疲劳损伤值计算得到减振器载荷的等效减振器载荷；
根据等效弹簧载荷和等效减振器载荷计算等到构架的疲劳损伤评估值。
详细来说，本发明提出一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，用以解决现有技术中计算结果往往与实际线路测试损伤存在一定的差异，尤其在构架端部的应力分布特点与实际损伤分布差异较大的缺陷，通过获取单一实测载荷作用下的应力时程曲线，在此基础上得到构架关键点的疲劳损伤，依据疲劳损伤一致性准则计算得到单一载荷对应的等效载荷，考虑一系减振器载荷和弹簧载荷的相位特征，建立基于两种等效载荷耦合作用下的构架疲劳损伤计算方法，使疲劳损伤评估结果更为接近实际疲劳损伤。
在一些可能的实施例中，根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
根据轨道车辆的载荷时域信息，生成基于弹簧载荷的弹簧载荷时间历程曲线；
对构架进行三维建模，并选取测试点；
对构架构建基于弹簧载荷的有限元分析，获得测试点基于弹簧载荷的第一应力值；
根据弹簧载荷时间历程曲线和第一应力值生成弹簧载荷应力谱；
基于线性累计损伤理论和弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值。
具体来说，本实施例提供了一种根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值的实施方式，通过对构架在单一的弹簧载荷作用下，可有效反映出单一载荷作用对构架疲劳损伤的实际贡献量。
需要说明的是，在弹簧载荷施加的有限元分析过程中，对构架施加位置的弹簧载荷幅值单一，循环次数恒定。
还需要说明的是，对于测试点的选取，可以选取一个测试点也可以选取多个测试单，但在进行有限元分析过程中，对弹簧载荷和减振器载荷进行分析时，须对应的测试点相同，在测试点相同的情况下才能对弹簧载荷和减振器载荷在该测试点的等效载荷分析。
在一个应用场景中，采用局部子模型方法进行有限元仿真计算，在仿真过程中，构架有限元模型的轴箱弹簧载荷和减振器载荷均设置为1kN，方向相同，计算得到构架轴箱弹簧套筒局部结构的应力响应云图。根据计算结果得到在弹簧载荷作用下，构架端部两个测试点的应力值均为1.15MPa；在减振器载荷作用下，两个测试点的应力值分别为1.72MPa和4.25MPa，可知构架端部受减振器载荷的影响较为敏感。
在一些可能的实施例中，基于线性累计损伤理论和弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
获取构架的设计寿命里程和测试里程，基于以下公式计算疲劳损伤，并将疲劳损伤标记为第一疲劳损伤值；
Figure BDA0002882844500000121
式中：D为疲劳损伤；
L为测试里程；
L′为测试里程；
σi为应力谱中第i级的应力幅值；
Ni为应力谱中第i级的循环次数；
m和C为材料参数。
具体来说，本实施例提供了一种基于线性累计损伤理论和弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值的实施方式，通过结合弹簧载荷应力谱，选取指定级数的应力幅值和循环次数，便可获知该测试点在该级数下的单一载荷，即弹簧载荷，并将计算得到疲劳损伤结果作为反应测试点在单一弹簧载荷的作用下，该级数内的第一疲劳损伤值。
在一些可能的实施例中，根据弹簧载荷时间历程曲线和第一应力值生成弹簧载荷应力谱的步骤中，具体还包括：
根据疲劳损伤值、构架焊缝疲劳极限和载荷应力传递系数，基于以下公式计算等效载荷，并将等效载荷标记为等效弹簧载荷；
Figure BDA0002882844500000131
式中：F为等效载荷；
D为疲劳损伤；
σα为构架焊缝疲劳极限；
k为载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种根据弹簧载荷时间历程曲线和第一应力值生成弹簧载荷应力谱的实施方式，通过依据疲劳损伤一致性理论，并根据获得的第一疲劳损伤值求得该测试点在单一弹簧载荷作用下的等效弹簧载荷。
在一些可能的实施例中，对构架构建基于弹簧载荷的有限元分析，获得测试点基于弹簧载荷的第一应力值的步骤中，具体还包括：
根据弹簧载荷和第一应力值生成弹簧载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种得到弹簧载荷应力传递系数的实施方式，通过在有限元分析过程中，对构架的施加单一的弹簧载荷，得到构架在单一弹簧载荷作用下的应力响应云图，并获得在单一弹簧载荷作用下，构架上选取的测试点反映出的应力值。根据有限元仿真分析结果、单一弹簧载荷时间历程曲线和测试点的应力响应生成弹簧载荷应力传递系数，进而编制构架的第一应力谱。
在一些可能的实施例中，根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
根据轨道车辆的载荷时域信息，生成基于减振器载荷的减振器载荷时间历程曲线；
对构架进行三维建模，并选取测试点；
对构架构建基于减振器载荷的有限元分析，并获得测试点基于减振器载荷的第二应力值；
根据弹簧载荷时间历程曲线和第一应力值生成弹簧载荷应力谱；
根据减振器载荷时间历程曲线和第二应力值生成减振器载荷应力谱；
基于线性累计损伤理论和减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值。
具体来说，本实施例提供了一种根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值的实施方式，通过对构架在单一的减振器载荷作用下，可有效反映出单一载荷作用对构架疲劳损伤的实际贡献量。
需要说明的是，在减振器载荷施加的有限元分析过程中，对构架施加位置的减振器载荷幅值单一，循环次数恒定。
还需要说明的是，对于测试点的选取，可以选取一个测试点也可以选取多个测试单，但在进行有限元分析过程中，对弹簧载荷和减振器载荷进行分析时，须对应的测试点相同，在测试点相同的情况下才能对弹簧载荷和减振器载荷在该测试点的等效载荷分析。
在一些可能的实施例中，基于线性累计损伤理论和减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
获取构架的设计寿命里程和测试里程，基于以下公式计算疲劳损伤，并将疲劳损伤标记为第二疲劳损伤值；
Figure BDA0002882844500000151
式中：D为疲劳损伤；
L为测试里程；
L′为测试里程；
σi为应力谱中第i级的应力幅值；
Ni为应力谱中第i级的循环次数；
m和C为材料参数。
具体来说，本实施例提供了一种基于线性累计损伤理论和减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值的实施方式，通过结合减振器载荷应力谱，选取指定级数的应力幅值和循环次数，便可获知该测试点在该级数下的单一载荷，即减振器载荷，并将计算得到疲劳损伤结果作为反应测试点在单一减振器载荷的作用下，该级数内的第二劳损伤值。
在一些可能的实施例中，根据第二疲劳损伤值计算得到减振器载荷的等效减振器载荷的步骤中，具体包括：
根据疲劳损伤值、构架焊缝疲劳极限和载荷应力传递系数，基于以下公式计算等效载荷，并将等效载荷标记为等效弹簧载荷和等效减振器载荷；
Figure BDA0002882844500000152
式中：F为等效载荷；
D为疲劳损伤；
σα为构架焊缝疲劳极限；
k为载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种根据第二疲劳损伤值计算得到减振器载荷的等效减振器载荷的实施方式，通过依据疲劳损伤一致性理论，并根据获得的第二疲劳损伤值求得该测试点在单一减振器载荷作用下的等效减振器载荷。
在一些可能的实施例中，对构架构建基于减振器载荷的有限元分析，并获得测试点基于减振器载荷的第二应力值的步骤中，具体还包括：
根据减振器载荷和第二应力值生成减振器载荷应力传递系数。
具体来说，本实施例提供了一种得到减振器载荷应力传递系数的实施方式，通过在有限元分析过程中，对构架的施加单一的减振器载荷，得到构架在单一减振器载荷作用下的应力响应云图，并获得在单一减振器载荷作用下，构架上选取的测试点反映出的应力值。根据有限元仿真分析结果、单一减振器载荷时间历程曲线和测试点的应力响应生成减振器载荷应力传递系数，进而编制构架的第二应力谱。
在一些可能的实施例中，根据等效弹簧载荷和等效减振器载荷计算等到构架的疲劳损伤评估值的步骤中，具体包括：
Figure BDA0002882844500000161
式中：Deq为构架疲劳损伤评估值；
Fj为等效减振器载荷；
Fs为等效弹簧载荷；
kj为减振器载荷应力传递系数；
ks为弹簧载荷应力传递系数；
ω为轨道车辆的载荷圆频率；
t为时间序列；
σα为构架焊缝疲劳极限；
m为材料参数；
Figure BDA0002882844500000171
为相位差。
具体来说，本实施例提供了一种根据等效弹簧载荷和等效减振器载荷计算等到构架的疲劳损伤评估值的实施方式，通过根据弹簧载荷和减振器载荷的相位特点及线性损伤累计理论，得到基于等效载荷得到构架的疲劳损伤评估值。
需要说明的是，通过本发明可以在进行单一弹簧载荷和单一减振器载荷分析后，通过对弹簧载荷和减振器载荷进行耦合，形成等效载荷，得到更加接近构架的疲劳损伤真实值的疲劳损伤评估值。
进一步地，在进行弹簧载荷和减振器载荷耦合的过程中，需考虑弹簧载荷和减振器载荷的相位差，可在多次进行测试点的选取和相应的耦合实现，进而优化相位差的范围。
在一个应用场景中，通过构架疲劳损伤评估值公式计算得到减振器等效载荷和弹簧等效载荷不同相位关系时测试点的疲劳损伤值。结果表明：在等效载荷相位差为65°时构架计算得到的疲劳损伤值与实测耦合载荷作用下产生的疲劳损伤基本一致，因此在实际应用中实测得到的等效载荷对相同类型构架端部进行疲劳评估时，应考虑弹簧载荷与一系减振器之间的相位关系，建议取相位差40至60°，使评估结果略偏于保守。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，包括：
根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值，并根据所述第一疲劳损伤值计算得到所述弹簧载荷的等效弹簧载荷；
根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值，并根据所述第二疲劳损伤值计算得到所述减振器载荷的等效减振器载荷；
根据所述等效弹簧载荷和所述等效减振器载荷计算等到所述构架的疲劳损伤评估值。
2.根据权利要求1所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述根据线性累计损伤理论计算得到构架基于弹簧载荷的第一疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
根据轨道车辆的载荷时域信息，生成基于所述弹簧载荷的弹簧载荷时间历程曲线；
对所述构架进行三维建模，并选取测试点；
对所述构架构建基于所述弹簧载荷的有限元分析，获得所述测试点基于所述弹簧载荷的第一应力值；
根据所述弹簧载荷时间历程曲线和所述第一应力值生成弹簧载荷应力谱；
基于所述线性累计损伤理论和所述弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值。
3.根据权利要求2所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述基于所述线性累计损伤理论和所述弹簧载荷应力谱计算得到第一疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
获取所述构架的设计寿命里程和测试里程，基于以下公式计算疲劳损伤，并将所述疲劳损伤标记为所述第一疲劳损伤值；
Figure FDA0002882844490000021
式中：D为疲劳损伤；
L为测试里程；
L′为测试里程；
σi为应力谱中第i级的应力幅值；
Ni为应力谱中第i级的循环次数；
m和C为材料参数。
4.根据权利要求3所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述根据所述弹簧载荷时间历程曲线和所述第一应力值生成弹簧载荷应力谱的步骤中，具体还包括：
根据疲劳损伤值、构架焊缝疲劳极限和载荷应力传递系数，基于以下公式计算等效载荷，并将所述等效载荷标记为所述等效弹簧载荷；
Figure FDA0002882844490000022
式中：F为等效载荷；
D为疲劳损伤；
σα为构架焊缝疲劳极限；
k为载荷应力传递系数。
5.根据权利要求2所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述对所述构架构建基于所述弹簧载荷的有限元分析，获得所述测试点基于所述弹簧载荷的第一应力值的步骤中，具体还包括：
根据所述弹簧载荷和所述第一应力值生成弹簧载荷应力传递系数。
6.根据权利要求2所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述根据线性累计损伤理论计算得到构架基于减振器载荷的第二疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
根据轨道车辆的载荷时域信息，生成基于所述减振器载荷的减振器载荷时间历程曲线；
对所述构架进行三维建模，并选取测试点；
对所述构架构建基于所述减振器载荷的有限元分析，并获得所述测试点基于所述减振器载荷的第二应力值；
根据所述弹簧载荷时间历程曲线和所述第一应力值生成弹簧载荷应力谱；
根据所述减振器载荷时间历程曲线和所述第二应力值生成减振器载荷应力谱；
基于所述线性累计损伤理论和所述减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值。
7.根据权利要求6所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述基于所述线性累计损伤理论和所述减振器载荷应力谱计算得到第二疲劳损伤值的步骤中，具体包括：
获取所述构架的设计寿命里程和测试里程，基于以下公式计算疲劳损伤，并将所述疲劳损伤标记为所述第二疲劳损伤值；
Figure FDA0002882844490000031
式中：D为疲劳损伤；
L为测试里程；
L′为测试里程；
σi为应力谱中第i级的应力幅值；
Ni为应力谱中第i级的循环次数；
m和C为材料参数。
8.根据权利要求7所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述根据所述第二疲劳损伤值计算得到所述减振器载荷的等效减振器载荷的步骤中，具体包括：
根据疲劳损伤值、构架焊缝疲劳极限和载荷应力传递系数，基于以下公式计算等效载荷，并将所述等效载荷标记为所述等效弹簧载荷和所述等效减振器载荷；
Figure FDA0002882844490000041
式中：F为等效载荷；
D为疲劳损伤；
σα为构架焊缝疲劳极限；
k为载荷应力传递系数。
9.根据权利要求6所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述对所述构架构建基于所述减振器载荷的有限元分析，并获得所述测试点基于所述减振器载荷的第二应力值的步骤中，具体还包括：
根据所述减振器载荷和所述第二应力值生成减振器载荷应力传递系数。
10.根据权利要求1至9任一所述的一种基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法，其特征在于，所述根据所述等效弹簧载荷和所述等效减振器载荷计算等到所述构架的疲劳损伤评估值的步骤中，具体包括：
Figure FDA0002882844490000042
式中：Deq为构架疲劳损伤评估值；
Fj为等效减振器载荷；
Fs为等效弹簧载荷；
kj为减振器载荷应力传递系数；
ks为弹簧载荷应力传递系数；
ω为轨道车辆的载荷圆频率；
t为时间序列；
σα为构架焊缝疲劳极限；
m为材料参数；
Figure FDA0002882844490000051
为相位差。
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