【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路养护维修，具体地说，涉及一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法。
技术介绍
1、钢轨在铁路系统中扮演关键角色，支持列车并确保系统稳定。由于长时间使用和重复荷载，钢轨中滚动接触疲劳(rolling contact fatigue,rcf)裂纹的发展对铁路安全构成重大威胁。交通量和通过负荷的增加进一步加剧了这些挑战。钢轨中疲劳裂纹的扩展是目前面临的一个重要问题，需要更深入地理解其机制和实际分析方法。目前针对该问题的现场解决方案主要包括定期检查和更换钢轨，但这些方法成本高且需要长时间停止铁路运营。为了降低费用并保障安全性，采用损伤容限理论提供了一种有前景的解决方案。
2、损伤容限理论旨在通过全面考虑诸如材料性质、结构载荷和环境条件等因素，确定可允许的裂纹尺寸或损伤程度，其最终目标是实现结构的安全可靠运行。将损伤容限理论纳入钢轨疲劳裂纹扩展研究中有望在一定程度上缓解铁路维修费用，从而提高铁路运输系统的整体效率。
3、对疲劳裂纹扩展行为的准确理解对于研究材料疲劳损伤容限至关重要。许多研究利用各种方法研究了钢轨材料的疲劳裂纹扩展，包括双盘试验、带有紧凑拉伸(compacttensile,ct)试样的疲劳裂纹扩展试验、现场取样试验和数值模拟。研究人员进行了双盘试验，探讨了在不同条件下磨损和rcf竞争的情况，制动条件对带有平坦区的车轮rcf行为的影响，以及车轮表面和表层的粘附能力和损伤特征的演变。ct试样被用于研究不同钢轨材料中的rcf裂纹扩展。
4、由于仅依赖于测试方法在研究中存
5、为解ccm的理论缺陷，有研究者引入了非局部近场动力学(peridynamics，pd)理论，利用积分方程描述物体变形。pd克服了在不连续区域缺乏空间导数的问题，准确模拟了微观尺度的材料结构和行为。这种方法在模拟无外部准则下裂纹的自发传播方面具有优势。有研究者推导出一个pd平衡方程，以预测胶粘拉伸接头中的损伤起始和扩展。有研究者分析了在不同载荷和摩擦系数下裂纹的起始和扩展，比较了两种钢轨类型之间的特征和规律。有研究者利用温度相关的材料模拟预测热机械行为，同时评估了诸如车速、钢轨表面裂纹和轮轴空转对铁路性能的影响。
6、综上所述，pd因其理论优越性目前在材料科学和工程中广泛应用于与裂纹相关的问题，但还没有研究者将其与研究材料损伤容限相结合。
技术实现思路
1、本专利技术的内容是提供一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其能够较佳地确定服役铁路钢轨在不同工况下的疲劳损伤容限。
2、根据本专利技术的一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其包括以下步骤：
3、步骤1：建立近场动力学pd疲劳裂纹扩展预测模型；
4、步骤2：获取钢轨材料的近场动力学pd疲劳参数，并带入步骤1中模型代码获得优化后的pd疲劳裂纹扩展预测模型；
5、步骤3：运行优化后的pd疲劳裂纹扩展预测模型，得到加速度关系曲线；
6、步骤4：在加速度关系曲线上识别出两个阶段的过渡点即可作为材料的疲劳损伤容限尺寸。
7、作为优选，步骤2中，具体为：
8、1)获取待研究的钢轨材料，根据标准的ct试样尺寸制作不少于三组试样，设置工况分别开展疲劳试验，过程中通过引伸计实时获取裂纹长度q、循环加载次数n及应力强度因子δk；
9、2)基于不少于三组的试验结果绘制裂纹扩展速率dq/dn与应力强度因子δk的双对数关系图；描述裂纹扩展规律的经典paris公式如下：
10、
11、通过拟合双对数图即可得到paris公式的参数c和m；其中，参数m为获得的双对数图的斜率，同时m的值也与pd疲劳参数m相等；求得曲线斜率值即获取了参数m；
12、3)建立相同工况下的等尺寸近场动力学pd疲劳裂纹扩展预测模型，m＝m，为pd疲劳参数a赋初始值a′，模拟裂纹扩展过程，同样获取裂纹长度q、循环加载次数n及应力强度因子δk；其中裂纹尖端应力强度因子范围δk通过下式计算得到：
13、
14、式中，δp为循环载荷范围，δp＝pmax(1-r)；α＝q/w；pmax为循环载荷峰值，r为应力比，w为ct试样参数；
15、4)拟合模型仿真结果的双对数图得到c′，此时按照下式获取a的值：
16、
17、作为优选，步骤3中，先获取裂纹长度q与加载循环次数n之间的关系曲线，并在此基础上进一步得到裂纹扩展加速度a与加载循环次数n之间的加速度关系曲线。
18、作为优选，步骤4中，在过渡点数值上乘以一个0-1之间的安全系数以确保结构安全。
19、本专利技术开创性地采用近场动力学模型评估疲劳裂纹扩展过程中能够保障钢轨安全服役的最大允许裂纹尺寸，即疲劳损伤容限尺寸。pd模型能够准确模拟疲劳裂纹自发性扩展的全过程，而通过基于建立的pd模型获取材料的疲劳损伤容限尺寸，本专利技术提供了一种更明智和科学的制定维护策略的方法。这使得创建基于pd的维护策略成为可能，本专利技术旨在将理论分析与实际考虑相结合，为管理疲劳裂纹扩展以及确保铁路系统的耐久性和安全性提供有效途径，充分发挥材料的疲劳性能，在保障安全的同时确保了以此为依据制定的养护维修策略的经济性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其特征在于：步骤2中，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其特征在于：步骤3中，先获取裂纹长度q与加载循环次数N之间的关系曲线，并在此基础上进一步得到裂纹扩展加速度a与加载循环次数N之间的加速度关系曲线。
4.根据权利要求3所述的一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其特征在于：步骤4中，在过渡点数值上乘以一个0-1之间的安全系数以确保结构安全。
【技术特征摘要】
1.一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其特征在于：步骤2中，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于近场动力学理论的材料疲劳损伤容限确定方法，其特征在于：步...
【专利技术属性】
技术研发人员：何庆，董唯佳，王晓明，黎诗睿，王晓冉，安博洋，王平，黄俊，郭华霖，黄洪，吕关仁，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。