本發(fā)明主要涉及軌道交通，具體涉及一種超高斯加速振動疲勞試驗(yàn)方法、介質(zhì)及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高速鐵路是世界鐵路運(yùn)輸發(fā)展的必然趨勢，也是鐵路技術(shù)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志，高速鐵路已在世界各國得到了廣泛的重視和蓬勃的發(fā)展。高速動車組作為高速鐵路的核心裝備，隨著其設(shè)計(jì)和運(yùn)行速度的逐步提高，在氣動載荷、壓力和微氣壓波以及輪軌作用力等多應(yīng)力激勵下，其車載設(shè)備所經(jīng)受的振動環(huán)境也越來越嚴(yán)酷，從而導(dǎo)致了設(shè)備故障率的驟增，這對高速動車組的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響。

2、為確保車載設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中的質(zhì)量與可靠性，目前，各國軌道交通設(shè)備制造商一般按iec?61373完成高斯振動試驗(yàn)。但是，通過了振動試驗(yàn)的設(shè)備在某些特殊線路運(yùn)行時(shí)，仍出現(xiàn)了批次振動失效問題。為此，經(jīng)對某些特殊線路的振動環(huán)境測試可知，其現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)呈明顯超高斯特征，這與標(biāo)準(zhǔn)的高斯振動存在顯著差異。由于高斯振動時(shí)，大于3倍均方根值(rms)的瞬時(shí)加速度高峰值僅占總振動時(shí)間的0.27％，但根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析可知，其瞬時(shí)加速度高峰值超過3倍rms的時(shí)間竟高達(dá)總振動時(shí)間的1.5％，也就是說，標(biāo)準(zhǔn)高斯振動與現(xiàn)場實(shí)測超高斯振動相比，在持續(xù)1小時(shí)的振動試驗(yàn)中，其瞬時(shí)加速度高峰值超過3倍rms的時(shí)間分別為10s和54s。由于大多數(shù)的振動疲勞損傷是由2～4倍rms的加速度高峰值所引起的，因此，采用高斯振動試驗(yàn)會顯著降低這些瞬時(shí)加速度高峰值所作用的時(shí)間，因而也大大減少了車載設(shè)備在實(shí)際使用中所應(yīng)承受的損傷。為此，執(zhí)行符合現(xiàn)場實(shí)際情況的超高斯振動試驗(yàn)，對確保特殊線路運(yùn)行高速動車組設(shè)備的安全性和可靠性具有至關(guān)重要的作用。

3、由于高速動車組的設(shè)計(jì)壽命一般為25年，因此，為縮短試驗(yàn)時(shí)間，必須進(jìn)行加速振動試驗(yàn)，而加速振動模型是進(jìn)行加速試驗(yàn)的核心。目前，建立加速振動模型的方法主要有時(shí)域法和頻域法。由于多數(shù)計(jì)算振動疲勞的方法均假設(shè)振動數(shù)據(jù)服從高斯分布，因此，采用頻域法通過頻域統(tǒng)計(jì)量來估計(jì)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命具有較高的計(jì)算效率，因而，頻域法在高斯振動疲勞壽命估計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，對于超高斯振動而言，由于其頻域統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算存在較大誤差，進(jìn)而會將這些誤差帶入結(jié)構(gòu)疲勞損傷的計(jì)算之中，從而影響到疲勞壽命的計(jì)算精度。此外，也有通過在高斯加速振動模型中乘以非高斯因子來構(gòu)建超高斯加速振動模型的方法，該方法利用對試件疲勞壽命影響最大的一階固有頻率處的psd值來估計(jì)其壽命，并忽略掉其他頻率對疲勞損傷的影響，這將影響到模型的估計(jì)精度。

4、總的來說，目前國內(nèi)外主要進(jìn)行高斯加速振動試驗(yàn)研究，少見對超高斯加速振動試驗(yàn)的理論研究，特別是極少見針對軌道交通設(shè)備的超高斯振動試驗(yàn)，為此，需要進(jìn)一步探索適用于高速動車組設(shè)備的超高斯加速振動試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種試驗(yàn)精度高的超高斯加速振動疲勞試驗(yàn)方法、介質(zhì)及系統(tǒng)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種超高斯加速振動疲勞試驗(yàn)方法，包括步驟：

4、s1、獲取同一功率譜密度下，平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)的高斯和超高斯隨機(jī)振動疲勞損傷之間的關(guān)系；

5、s2、獲取實(shí)測振動數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)測振動數(shù)據(jù)計(jì)算車載設(shè)備的損傷累積量，再基于高斯和超高斯隨機(jī)振動疲勞損傷之間的關(guān)系構(gòu)建超高斯加速振動模型；

6、s3、基于超高斯加速振動模型進(jìn)行超高斯加速振動試驗(yàn)。

7、優(yōu)選地，在步驟s2中，實(shí)測振動數(shù)據(jù)為加速度時(shí)域數(shù)據(jù)。

8、優(yōu)選地，在步驟s2中，計(jì)算車載設(shè)備的損傷累積量的具體過程為：

9、為計(jì)算結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，通過s-n曲線建立應(yīng)力與壽命之間的關(guān)系；

10、一條完整的s-n曲線可分成三個(gè)區(qū)間：低周疲勞區(qū)、高周疲勞區(qū)和亞疲勞區(qū)；其中高周疲勞區(qū)是振動疲勞失效的主要區(qū)域，描述高周疲勞區(qū)s-n曲線方程的冪函數(shù)形式為：

11、nsb＝c??????????????????????????(2)

12、式(2)中：

13、s—應(yīng)力幅值，假設(shè)作用于設(shè)備上的加速度與所產(chǎn)生的應(yīng)力幅值成正比；

14、n—在應(yīng)力幅值si的作用下導(dǎo)致失效的循環(huán)次數(shù)；

15、b—與材料相關(guān)的常數(shù)；

16、c—常數(shù)；

17、由式(2)可得，在應(yīng)力幅值si下，導(dǎo)致材料失效的循環(huán)次數(shù)為：

18、ni＝csi-b?(3)

19、根據(jù)miner線性疲勞累積損傷理論，在不同的應(yīng)力幅值下，材料的疲勞損傷是線性累加的，各應(yīng)力之間相互獨(dú)立，其損傷總量通過線性疊加原理獲得；材料在各疲勞應(yīng)力下的總損傷表示為：

20、

21、式(4)中：

22、ni—應(yīng)力幅值si的循環(huán)次數(shù)；

23、ni—在應(yīng)力幅值si作用下導(dǎo)致失效的循環(huán)次數(shù)；

24、d—各應(yīng)力幅值作用下的總損傷值；

25、在應(yīng)力水平si下，其損傷值表示為：

26、

27、將式(3)、式(5)代入式(4)，得到總損傷值為：

28、

29、式(6)與頻域無關(guān)，直接采用時(shí)域振動數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)的損傷。

30、優(yōu)選地，設(shè)用于疲勞損傷計(jì)算的振動數(shù)據(jù)樣本的時(shí)長為tt，由式(6)可知，在tt時(shí)間內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷表示為：

31、

32、假設(shè)車載設(shè)備設(shè)計(jì)壽命內(nèi)振動數(shù)據(jù)的總時(shí)長為ts，由于隨機(jī)振動是平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)的，則在時(shí)間ts內(nèi)應(yīng)力幅值si的循環(huán)次數(shù)表示為

33、在車載設(shè)備設(shè)計(jì)壽命ts內(nèi)設(shè)備的損傷為：

34、

35、由此，式(8)滿足平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)振動激勵下的結(jié)構(gòu)損傷計(jì)算。

36、優(yōu)選地，假設(shè)車載設(shè)備分別處于具有相同psd的高斯和超高斯振動環(huán)境下，當(dāng)振動數(shù)據(jù)樣本長度均為tt時(shí)，由式(8)得，在車載設(shè)備設(shè)計(jì)壽命ts內(nèi)，其分別在高斯和超高斯振動作用下的疲勞損傷和為：

37、

38、聯(lián)合式(9)和式(10)，定義結(jié)構(gòu)的損傷比ε為：

39、

40、由式(11)可知，對于平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)振動信號而言，其同一psd所對應(yīng)的高斯和超高斯振動在同一時(shí)間段內(nèi)對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的損傷比為常數(shù)，由式(11)建立了高斯和超高斯振動下結(jié)構(gòu)疲勞壽命的等效關(guān)系。

41、優(yōu)選地，在步驟s2中，構(gòu)建超高斯加速振動模型的具體過程為：

42、采用同一psd進(jìn)行高斯和超高斯振動試驗(yàn)，設(shè)對應(yīng)的高斯振動的試驗(yàn)時(shí)間為tku＝3，在同等總累積損傷條件下進(jìn)行超高斯振動的試驗(yàn)時(shí)間為tku＝k，則由式(9)和式(10)得：

43、

44、令dt_ku＝k＝dt_ku＝3解得：

45、

46、式(15)即為超高斯加速振動模型，其建立了同一psd所對應(yīng)的平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)高斯和超高斯振動對結(jié)構(gòu)疲勞壽命之間的等效關(guān)系。

47、優(yōu)選地，將峰度ku作為表征隨機(jī)過程概率密度函數(shù)曲線尖銳度的參數(shù)，其中峰度ku小于3的為亞高斯，峰度ku大于3的為超高斯。

48、本發(fā)明還公開了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如上所述方法的步驟。

49、本發(fā)明進(jìn)一步公開了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在被處理器運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如上所述方法的步驟。

50、本發(fā)明還公開了一種超高斯加速振動疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，包括相互連接的存儲器和處理器，所述存儲器上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在被處理器運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如上所述方法的步驟。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

52、本發(fā)明通過構(gòu)建超高斯加速振動模型，可以在較短的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)模擬出實(shí)際操作環(huán)境中長時(shí)間累積的振動疲勞損傷，從而大大縮短試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率。本發(fā)明通過實(shí)測振動數(shù)據(jù)結(jié)合高斯和超高斯隨機(jī)振動疲勞損傷之間的關(guān)系，使得加速振動試驗(yàn)更貼近實(shí)際工作環(huán)境，提高了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本發(fā)明通過對車載設(shè)備進(jìn)行超高斯加速振動試驗(yàn)，可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的疲勞問題，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供指導(dǎo)，從而提高設(shè)備的可靠性。