含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置，其中，该方法包括：获取含外物损伤的标准试样，该标准试样从待分析车轴取样获得，该标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击标准试样获得，采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限；根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限；根据待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。本发明专利技术可以提高含外物损伤的车轴疲劳强度的评估准确性，并根据评估结果对外物损伤部位进行强化，从而提高了车轴的使用安全性。

【技术实现步骤摘要】
含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置
本专利技术涉及车轴性能评估的
，尤其是涉及一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置。
技术介绍
近年来，铁路车辆运行速度不断提升，以客运列车为例，以复兴号为代表的高速列车最高运营速度达到350km/h，车辆运行过程中由道砟、冰雪等外物撞击导致的车轴表面损伤现象逐渐增多，且危害性随着运行速度的提高愈发严重。FOD(ForeignObjectDamage，外物损伤)破坏了车轴表面结构以及防护涂层的完整性，导致车轴表面局部应力集中，造成结构微观损伤，诱发微裂纹，同时在缺陷周边形成高水平的残余拉伸应力，降低车轴疲劳性能。但传统的基于名义应力方法的设计理论却没有考虑这些缺陷的影响，而一旦这些裂纹达到其临界值，车轴将发生断裂，并引发灾难性事故。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置，以提高含外物损伤的车轴疲劳强度的评估准确性，提高车轴的使用安全性。第一方面，本专利技术实施例提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法，其中，该方法包括：获取含外物损伤的标准试样；该标准试样从待分析车轴取样获得；该标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击标准试样获得；采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限；根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限；根据待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限的步骤，包括：采集标准试样在实验过程中的疲劳数据；将疲劳数据绘制于双对数坐标系中，获得标准试样的中值疲劳S-N曲线和疲劳极限。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据疲劳数据，通过近似欧文单侧公差极限法绘制指定置信度和指定可靠度的疲劳P-S-N曲线。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限的步骤，包括：通过下述公式计算指定置信度和指定可靠度下待分析车轴的疲劳极限σа,fs,FOD：σa,fs,FOD＝σa,lf,FODαβε；其中，α为载荷系数；β为表面质量系数；ε为尺寸系数；σа,lf,FOD为标准试样疲劳极限。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该方法还包括：对标准试样的外物损伤部位进行缺陷形貌表征，得到表征数据；对表征数据进行有限元仿真分析，得到仿真分析结果；从仿真分析结果确定外物损伤部位的应力集中区域，以通过表面强化手段对应力集中区域引入设定大小的残余压缩应力。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定装置，包括：标准试样获取模块，用于获取含外物损伤的标准试样；标准试样从待分析车轴取样获得；标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击标准试样获得；试样疲劳极限确定模块，用于采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限；车轴疲劳极限确定模块，用于根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限；强化模块，用于根据待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，试样疲劳极限确定模块，还用于：采集标准试样在实验过程中的疲劳数据；将疲劳数据绘制于双对数坐标系中，获得标准试样的中值疲劳S-N曲线和疲劳极限。结合第二方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，试样疲劳极限确定模块，还用于：根据疲劳数据，通过近似欧文单侧公差极限法绘制指定置信度和指定可靠度的疲劳P-S-N曲线。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，车轴疲劳极限确定模块，还用于：通过下述公式计算指定置信度和指定可靠度下待分析车轴的疲劳极限σа,fs,FOD：σa,fs,FOD＝σa,lf,FODαβε；其中，α为载荷系数；β为表面质量系数；ε为尺寸系数；σа,lf,FOD为标准试样疲劳极限。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定实现装置，包括存储器和处理器，其中，存储器用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述第一方面的方法。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术提供的一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置，该方法通过获取含外物损伤的标准试样，该标准试样从待分析车轴取样获得，该标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击标准试样获得，其次，采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限；根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限，根据待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。本专利技术可以提高含外物损伤的车轴疲劳强度的评估准确性，并根据评估结果对外物损伤部位进行强化，从而提高了车轴的使用安全性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本专利技术的上述技术即可得知。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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为本专利技术实施例提供的一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的另一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的一种高速列车车轴外物损伤形貌示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种试样取样位置结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种空气炮试验装置结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种外物损伤示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种疲劳P-S-N曲线示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种外物损伤缺陷表征示意图；图9为本专利技术实施例提供的一种外物损伤部位纵向应力分布示意图；图10为本专利技术实施例提供的一种距离外物损伤边缘A点的不同距离下的纵向应力分布曲线示意图；图11为本专利技术实施例提供的一种含外物损伤车轴疲劳极限确定装置的结构示意图；图12为本专利技术实施例提供的一种含外物损伤车轴疲劳极限确定实现装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。考虑到现有的含外物损伤车轴疲劳极限评估方法准确性不高，而外物损伤对车轴疲劳寿命的影响也无法做出准确评估，致使车轴在服役过程中发生低应力脆断，带来不可预估的严重后果。本专利技术实施例提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法，其特征在于，所述方法包括：获取含外物损伤的标准试样；所述标准试样从待分析车轴取样获得；所述标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击所述标准试样获得；采用逐级加载法获得所述标准试样的疲劳极限；根据所述标准试样的疲劳极限，确定所述待分析车轴的疲劳极限；根据所述待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。

【技术特征摘要】
1.一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法，其特征在于，所述方法包括：获取含外物损伤的标准试样；所述标准试样从待分析车轴取样获得；所述标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击所述标准试样获得；采用逐级加载法获得所述标准试样的疲劳极限；根据所述标准试样的疲劳极限，确定所述待分析车轴的疲劳极限；根据所述待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用逐级加载法获得所述标准试样的疲劳极限的步骤，包括：采集所述标准试样在实验过程中的疲劳数据；将所述疲劳数据绘制于双对数坐标系中，获得所述标准试样的中值疲劳S-N曲线和疲劳极限。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述疲劳数据，通过近似欧文单侧公差极限法绘制指定置信度和指定可靠度的疲劳P-S-N曲线。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述标准试样的疲劳极限，确定所述待分析车轴的疲劳极限的步骤，包括：通过下述公式计算指定置信度和指定可靠度下所述待分析车轴的疲劳极限σа,fs,FOD：σa,fs,FOD＝σa,lf,FODαβε；其中，α为载荷系数；β为表面质量系数；ε为尺寸系数；σа,lf,FOD为所述标准试样疲劳极限。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述标准试样的外物损伤部位进行缺陷形貌表征，得到表征数据；对所述表征数据进行有限元仿真分析，得到仿真分析结果；从所述仿真分析结果确定所述外物损伤部位的应力集中区域，以通过表面强化手段对所述应力集中区域引...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴圣川，刘宇轩，康国政，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51