1.一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法,包括以下步骤:A、制作监测区域复制样
根据高速列车的服役特征确定列车车体上需要进行监测的部位,并根据初始状态差异将需要进行监测的部位划分为多个监测区域,所述每个监测区域的初始状态相同;制作与每个监测区域初始状态相同的复制样,所述复制杨包括拉伸试样和疲劳试样;所述监测区域的初始状态是指监测区域未服役,无损伤的状态;
B、建立载荷疲劳损伤与超声波非线性系数的关系数据库
选择多根疲劳试样,进行不同疲劳周次的疲劳试验,并分别对经过不同疲劳周次疲劳试验的疲劳试样进行非线性超声波检测,根据检测结果建立载荷疲劳损伤与超声波非线性系数的关系数据库:n=F(s)
其中,n为疲劳周次;s为超声波非线性系数;
C、建立静载强度与超声波非线性系数的关系数据库
选择多根拉伸试样,进行不同应力加载试验,并分别对不同静载强度下的拉伸试样进行非线性超声波检测,根据检测结果建立静载强度与超声波非线性系数的关系数据库:σ=K(s)
其中,σ为静载强度;s为超声波非线性系数;
D、建立剩余服役寿命计算模型
剩余服役寿命计算模型为:
其中,
N为监测区域未服役时的疲劳寿命;
Y为剩余服役寿命;
σ为监测区域的实时静载强度,通过对监测区域进行非线性超声波检测,根据检测得到超声波非线性系数和静载强度与超声波非线性系数的关系数据库求得,单位N/mm2;
n为监测区域经历的疲劳周次,通过对监测区域进行非线性超声波检测,根据检测得到超声波非线性系数和载荷疲劳损伤与超声波非线性系数的关系数据库求得;
R为监测区域的屈服极限Re或弹性极限Rp0.2,单位N/mm2;
a为有效系数;
E、监测区域安装超声波晶片
对监测区域进行表面处理,处理后粘贴上超声波激发与接收晶片,并在晶片上方安装面罩,然后对监测区域所在的构件进行涂装处理,保证涂装处理后安装的超声波晶片触角裸露在外;
F、监测区域剩余服役寿命评定
F1、列车服役一阶段后,使用非线性超声波设备连接步骤E安装的超声波波晶片的触角,进行非线性超声波检测,测得超声波非线性系数s′;
F2、根据步骤C建立的静载强度与超声波非线性系数的关系数据库,得到监测区域的静载强度σ′,σ′=K(s′);
F3、根据步骤D建立的剩余服役寿命计算模型对监测区域的剩余服役寿命进行评定:若σ′≥R/a,则监测区域的剩余服役寿命Y′=0,构件返修或报废;
若σ′
其中,N为监测区域未服役时的疲劳寿命;R为监测区域的屈服极限Re或弹性极限Rp0.2,单位N/mm2;a为有效系数。
2.根据权利要求1所述的一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法,其特征在于:所述步骤B中选择多根疲劳试样,进行不同疲劳周次的疲劳试验,并分别对经过不同疲劳周次疲劳试验的疲劳试样进行非线性超声波检测,根据检测结果建立载荷疲劳损伤与超声波非线性系数的关系数据库的具体方法是:B1、选择疲劳试样H根,第一根疲劳试样进行0周次疲劳试验,第二根疲劳试样进行1*[N/(H-1)]周次疲劳试验,第三根疲劳试样进行2*[N/(H-1)]周次疲劳试验,……,第h根疲劳试样进行(h-1)*[N/(H-1)]周次疲劳试验,……,第H根疲劳试样进行(H-1)*[N/(H-1)]周次疲劳试验,其中,N为监测区域未服役时的疲劳寿命;
B2、对经过疲劳试验的疲劳试样进行非线性超声波检测,记对第h根疲劳试样进行非线性超声波检测得到的超声波非线性系数为sh,则对步骤B1得到的经过疲劳试验的H根疲劳试样分别进行非线性超声波检测得到超声波非线性系数分别为s1,s2,s3……,sh,……,sH;
B3、根据步骤B2的检测结果建立载荷疲劳损伤与超声波非线性系数的关系数据库:n=F(s)
其中,n为疲劳周次;s为超声波非线性系数。
3.根据权利要求2所述的一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法,其特征在于:所述步骤B1中选择的疲劳试样数量H≥6。
4.根据权利要求1所述的一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法,其特征在于:所述步骤C中选择多根拉伸试样,进行不同应力加载试验,并分别对不同静载强度下的拉伸试样进行非线性超声波检测,根据检测结果建立静载强度与超声波非线性系数的关系数据库的具体方法是:C1、选择拉伸试样G根,第一拉伸试样加载应力0N/mm2,第二根拉伸试样加载应力1*R/(G-1),第三根拉伸试样加载应力2*R/(G-1),……,第g根拉伸试样加载应力(g-1)*R/(G-
1),……,第G根拉伸试样加载应力(G-1)*R/(G-1);其中,R为监测区域的屈服极限Re或弹性极限Rp0.2,单位N/mm2;
C2、对静载状态下的拉伸试样进行非线性超声波检测,记对第g根拉伸试样进行非线性超声波检测得到的超声波非线性系数为sg,则对步骤C1得到的静载状态下的拉伸试样的G根拉伸试样分别进行非线性超声波检测得到超声波非线性系数分别为s1,s2,s3,……,sg,……,sG;
C3、根据步骤C2的检测结果建立静载强度与超声波非线性系数的关系数据库:σ=K(s)
其中,σ为静载强度;s为超声波非线性系数。
5.根据权利要求4所述的一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法,其特征在于:所述步骤C1选择的拉伸试样数量G≥6。
6.根据权利要求1所述的一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法,其特征在于:所述剩余服役寿命计算模型中的有效系数a=1.15-1.2。