1.一种基于加速度的弹条疲劳损伤监测方法,其特征在于,方法步骤如下:S1、振动加速度数据的采集:在弹条弹臂安装振动加速度传感器,采集列车通过时弹条的垂向振动加速度;
S2、振动加速度数据的传输:通过无线网络,将采集的加速度数据传输到终端;
S3、终端数据的处理及预警:终端通过弹条弹臂振动加速度数据,计算出每一辆车通过时对弹条造成的疲劳损伤,并记录所有车次造成的累积疲劳损伤累计值,当累积疲劳损伤达到预警值时,发出预警,提醒工作人员采用新弹条进行更换。
2.根据权利要求1所述的一种基于加速度的弹条疲劳损伤监测方法,其特征在于,S3的步骤如下:
a、基于实测弹条加速度计算得到弹条危险点应力功率谱密度:首先建立钢轨‑扣件系统精细化模型,对钢轨顶部施加加速度简谐载荷,进行频率响应分析,并提取各个频率点下弹条危险点的Von Mises应力,获得弹条危险点的应力频响函数;接着用式(1)确定弹条破坏发生的危险位置处的应力PSD,其中G(f)表示弹条危险点应力单边的功率谱密度,H(f)为弹条的应力频响函数,W(f)为弹条输入加速度的功率谱密度;最后基于弹条的应力频响函数和弹条振动加速度功率谱,计算得到弹条危险点的应力功率谱密度;
2
G(f)=|H(f)|·W(f) (1);
b、采用频域修正方法对应力功率谱密度进行平均应力修正,如式(2);
式中,Sm表示结构应力循环的平均应力,Su表示抗拉强度,K表示平均应力修正系数;
c、基于疲劳频域分析方法得到弹条危险点应力幅值概率密度:式(3)为功率谱密度函数的第n阶惯性矩计算公式,通过该公式得到功率谱密度函数曲线;
n
mn=∫fGT(f)df (3);
接着由各阶惯性矩计算得到统计参数零点正斜率的穿越数E(0)以及峰值期望率数E(P),并定义不规则因子γ表示谱宽参数,计算公式如式(4);
当不规则因子为0时,应力历程视为白噪声过程;当不规则因子为1时,应力历程视为理想的窄带随机过程,也就是单一频率的简谐波;当不规则因子接近0时,应力历程视为宽带随机过程;当不规则因子接近1时,应力历程符合窄带随机过程;
最后采用疲劳频域分析方法计算得到应力幅值的概率密度函数p(S),见式(5);
式中, D3=1‑D1‑D2,
d、基于弹条材料S‑N曲线和疲劳线性累积损伤理论计算求得疲劳损伤:首先通过步骤c获得应力幅值概率密度后,根据式(6),得到时间T内在应力范围(Si,Si+△Si)内的应力循环次数ni,做出S‑N曲线:
ni=vTp(Si)ΔSi (6);
式中,v代表在单位时间内的应力循环次数,p(Si)代表应力幅值为Si的幅值概率密度,当应力载荷为宽带随机过程时,v=E[P];当应力载荷为窄带随机过程时,v=E[0],弹条振动属于宽带随机过程,v取为E[P];
接着根据疲劳线性累积损伤理论,并结合材料的S‑N曲线,求得扣件弹条的累积疲劳损伤,见式(7):
e、弹条疲劳损伤预警:设计预警值为0.8,当弹条疲劳损伤为0.8时,疲劳寿命已经达到
80%,提前进行更换。
3.根据权利要求1所述的一种基于加速度的弹条疲劳损伤监测方法,其特征在于,采用有限元软件建立钢轨‑扣件系统精细化模型。
4.据权利要求1所述的一种基于加速度的弹条疲劳损伤监测方法,其特征在于,步骤a中,对钢轨顶部施加0‑5000Hz范围内的加速度简谐载荷。
5.根据权利要求1所述的一种基于加速度的弹条疲劳损伤监测方法,其特征在于,采用Dirlik方法得到应力幅值概率密度。