【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道交通，具体而言，涉及一种针对车体服役寿命安全评估方法及系统。
技术介绍
1、轨道车辆铝合金车体作为车辆承载结构的重要组成之一，投入运营的车体结构在整个服役过程中伴随着服役线路、客流、环境的变化，以及疲劳交变载荷的作用和结构自身材料性能的退化，这些因素的交织严重影响车辆的安全运营和维护，对结构的完整性评估提出了新的挑战。例如，某地铁列车在实际使用年限接近设计服役寿命中后期时出现宏观裂纹。综合考虑结构服役工况的全面性、环境的真实性、服役的时效性以及演变规律，预测结构在下一个检查间隔之前能够保持结构完整性运行的概率，保障承载结构的安全性，最终实现服役状态寿命评估和延寿决策的制定。车体主要承载结构按照30年使用期的标准工况设计确保服役安全，实际车辆结构服役工况复杂，车辆结构状态伴随着时间的演化，设计工况差异难以全面适用随机载荷，基于标准载荷的寿命状态评估结果偏于保守，且难以实现全面预测。
2、而现有技术中，服役车辆关键结构服役安全评估风险和寿命预测维修阈值不清晰。目前的车体服役结构在检修过程中发现损伤后便采取修复措施进行维护，缺乏对车辆主要承载结构的安全风险评估的依据以及在动态状态变化过程中寿命的预测分析指导状态维修策略。针对动态服役轨道车辆承载关键焊接结构尚未形成一套结构完整性安全评估和剩余寿命预测方法保障安全运营以及指导状态维修。为此，本专利技术提供一套完整的针对服役轨道车辆结构的安全评价及寿命评估方法，为轨道车辆的维修及延寿决策提供支撑。
技术实现思路
2、第一方面，本申请提供了一种针对车体服役寿命安全评估方法，包括：
3、基于车体结构构建服役车体结构的应力分布有限元模型，并获取车体结构关键位置的应力分布，其中关键位置包括车钩和牵引拉杆的位置；
4、基于应力分布，提取真实服役条件下车体关键结构的载荷特征，其中包括采用应变片电测法对车体进行静态试验，并通过应变反求载荷识别技术，结合车体线路试验，提取得到车钩和牵引拉杆的试验载荷谱；
5、基于载荷特征和应力分布，将车钩和牵引拉杆的试验载荷谱输入至应力分布有限元模型中，得到各个关键位置的应力时间历程；
6、依据雨流计数法，对应力时间历程进行迭代计算，得到短期应力时间历程，并根据短期应力时间历程推演得到等效服役里程的应力谱概率分布；
7、基于车体实际情况和等效服役里程的应力谱概率分布，结合关键材料进行疲劳性能试验得到的p-s-n曲线和断裂力学参数计算车体结构的剩余寿命，从而完成对车体寿命的评估。
8、优选地，所述包括采用应变片电测法对车体进行静态试验，并通过应变反求载荷识别技术，结合车体线路试验，提取得到车钩和牵引拉杆的试验载荷谱，其中包括：
9、根据力的分解原理，可将载荷力分解为第一载荷、第二载荷和第三载荷，在试验过程中使得每个载荷保持10-15s，确定载荷-应变之间的关系矩阵；
10、通过测试得到车体运行时构件的动态应变信号，结合载荷-应变之间的关系矩阵，求解构件的载荷谱曲线，并记录每一阶梯载荷作用下构件的应变响应，得到关系矩阵，进而提取服役载荷特征；
11、基于服役载荷特征，计算车钩受力和牵引拉杆受力结果，得到车钩和牵引拉杆的试验载荷谱，计算公式如下：
12、
13、式中，ε为应变，δl为拉伸长度，l为杆件原长，f为外载荷，ea为拉伸刚度。
14、优选地，所述依据雨流计数法，对应力时间历程进行迭代计算，得到短期应力时间历程，并根据短期应力时间历程推演得到等效服役里程的应力谱概率分布，其中包括：
15、根据雨流计数法确定日均等效应力幅和日均等效应力幅所对应的日均应力循环加载次数；
16、基于日均等效应力幅和日均应力循环加载次数，考虑有限服役载荷的随机性，通过应力强度因子外推法，对车体关键测点的应力时间历程进行动应力外推，得到关键测点的短期应力时间历程；
17、基于关键测点的短期应力时间历程，进而推演出全寿命周期的等效服役里程的应力谱概率分布。
18、优选地，所述基于关键测点的短期应力时间历程，进而推演出全寿命周期的等效服役里程的应力谱概率分布，其中包括：
19、基于关键测点的应力分布，选取gauss函数作为核函数进行概率密度估计，其计算公式如下：
20、
21、式中，u为期望，决定了正态分布的中心对称轴；基于概率密度估计，通过均方积分误差最小的原则计算最优的带宽系数，其计算公式如下：
22、
23、式中，为最优带宽，σ为样本数据标准差。
24、选取最优带宽，对关键测点的短期应力时间历程进行非参数核密度拟合估计，得到拟合结果，采用卡方检验对拟合结果进行评估，进而得到等效服役里程的应力谱概率分布。
25、第二方面，本申请还提供了一种针对车体服役寿命安全评估系统，包括获取模块、提取模块、输入模块、第一计算模块和第二计算模块，其中：
26、获取模块：用于基于车体结构构建服役车体结构的应力分布有限元模型，并获取车体结构关键位置的应力分布，其中关键位置包括车钩和牵引拉杆的位置；
27、提取模块：用于基于应力分布，提取真实服役条件下车体关键结构的载荷特征，其中包括采用应变片电测法对车体进行静态试验，并通过应变反求载荷识别技术，结合车体线路试验，提取得到车钩和牵引拉杆的试验载荷谱；
28、输入模块：用于基于载荷特征和应力分布，将车钩和牵引拉杆的试验载荷谱输入至应力分布有限元模型中，得到各个关键位置的应力时间历程；
29、第一计算模块：用于依据雨流计数法，对应力时间历程进行迭代计算，得到短期应力时间历程，并根据短期应力时间历程推演得到等效服役里程的应力谱概率分布；
30、第二计算模块：用于基于车体实际情况和等效服役里程的应力谱概率分布，结合关键材料进行疲劳性能试验得到的p-s-n曲线以及断裂力学参数计算车体结构的剩余寿命，从而完成对车体寿命的评估。
31、第三方面，本申请还提供了一种针对车体服役寿命安全评估设备，包括：
32、存储器，用于存储计算机程序；
33、处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述针对车体服役寿命安全评估方法的步骤。
34、第四方面，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于针对车体服役寿命安全评估方法的步骤。
35、本专利技术的有益效果为：
36、本专利技术基于车辆关键结构材料力学特性、车辆结构的建模仿真分析、无损缺陷检测以及线路测试获取车体结构当前服役状态下的损伤状态，开展真实的线路测试获取服役环境下关键结构的载荷和应力特征，基于仿真和试验数据评估结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对车体服役寿命安全评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的针对车体服役寿命安全评估方法，其特征在于，所述包括采用应变片电测法对车体进行静态试验，并通过应变反求载荷识别技术，结合车体线路试验，提取得到车钩和牵引拉杆的试验载荷谱，其中包括：
3.根据权利要求1所述的针对车体服役寿命安全评估方法，其特征在于，所述依据雨流计数法，对应力时间历程进行迭代计算，得到短期应力时间历程，并根据短期应力时间历程推演得到等效服役里程的应力谱概率分布，其中包括：
4.根据权利要求3所述的针对车体服役寿命安全评估方法，其特征在于，所述基于关键测点的短期应力时间历程，进而推演出全寿命周期的等效服役里程的应力谱概率分布，其中包括：
5.一种针对车体服役寿命安全评估系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的针对车体服役寿命安全评估系统，其特征在于，所述提取模块，其中包括：
7.根据权利要求5所述的针对车体服役寿命安全评估系统，其特征在于，所述第一计算模块，其中包括：
8.根据权利要求7所述的针对
...【技术特征摘要】
1.一种针对车体服役寿命安全评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的针对车体服役寿命安全评估方法，其特征在于，所述包括采用应变片电测法对车体进行静态试验，并通过应变反求载荷识别技术，结合车体线路试验，提取得到车钩和牵引拉杆的试验载荷谱，其中包括：
3.根据权利要求1所述的针对车体服役寿命安全评估方法，其特征在于，所述依据雨流计数法，对应力时间历程进行迭代计算，得到短期应力时间历程，并根据短期应力时间历程推演得到等效服役里程的应力谱概率分布，其中包括：
4.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王超，朱涛，杨冰，肖守讷，阳光武，陈东东，陈睎豪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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