[发明专利]一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法

说明书

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，包括拉伸试样和疲劳试样；B、通过对疲劳试样进行疲劳试验和非线性超声波检测建立载荷疲劳损伤与超声波非线性系数的关系数据库；C、通过对拉伸试样进行静载试验建立静载强度与超声波非线性系数的关系数据库；D、根据步骤B和C建立的关系数据库建立剩余服役寿命计算模型；E、监测区域安装超声波晶片；F、对监测区域进行非线性超声波检测，结合步骤B和C建立的关系数据库和步骤D建立的剩余服役寿命计算模型评定监测区域的剩余服役寿命。该监测方法可避免初始材料不均匀对超声波非线性系数的影响，精确地监测高速列车车体关键部位的剩余服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法，属于服役寿命无损检测领域。

背景技术

高速列车运行速度相对于普通列车速度要快的多，其在服役过程中对车体的损伤和消耗也达到了更高的水平。高速列车服役行为对车体寿命的消耗主要来源于车体行驶过程震动产生的疲劳，乘客动态变化、列车交际、经过风洞隧道等产生的动态载荷，以及承受较高的静载荷都对高速列车的服役行为造成一定影响。目前对高速列车服役行为进行监测的方式主要为停车监测，并且能够监测出的寿命损伤特征主要为裂纹，其实一旦车体出现裂纹，车体的安全状态立马降低到了很低的水平，真正决定车体服役寿命的为出现裂纹前的阶段，而目前对于出现裂纹前阶段的剩余寿命并无有效的方式可以监测。

对于高速列车车体关键部位出现裂纹前的损伤并非是毫无特征，无法监测的。一般来讲伴随着车体服役的进行，使用寿命的消耗，所需监测部位材料的微观状态也是有一定变化，尤其是材料的位错随着服役的进行，其具有明显变化。未经过服役寿命损耗的材料初始位错状态为小位错，位错密度低、呈现平面状态分布。随着服役行为的进行，位错缠绕明显，逐渐出现位错墙，位错逐渐凸显出三维状态。服役寿命的继续损耗，位错墙产生的应力集中，导致微裂纹的产生，此处的微裂纹通常为微米级别，甚至纳米级别，然后发展成可以使用成熟的无损方法检测出的宏观裂纹。目前使用的较为成熟的超声波检测技术都是利用超声波的线性特征，而忽视了超声波的非线性特征。实际上材料的位错、微裂纹都会明显的引起超声波的非线性特征，因而非线性超声波携带了更多材料的微观特征。目前已经有学者使用非线性超声波技术用以监测材料的早期损伤，但非线性超声波检测得到超声波非线性系数不仅受到早期服役损伤的影响，也会受到材料初始不均匀状态的影响，尤其是对焊接接头的焊缝、热影响区的测试。焊接接头各个区域的不均匀初始状态对超声波非线性系数的影响不可忽视，也必然的对该技术的成熟使用造成较大的障碍。本发明的主要目的是解决初始材料不均匀对超声波非线性系数的影响，不仅可以实现非线性超声波对焊接接头，也可以对不均匀母材的服役寿命监测，大幅度降低监测误差。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种高速列车车体关键部位剩余寿命的监测方法，该方法可避免初始材料不均匀对超声波非线性系数的影响，实现通过非线性超声波检测对焊接接头不同区域和不均匀母材的服役寿命监测，监测精度高。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：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小的监测区域，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，所述复制样包括拉伸试样和疲劳试样(拉伸试样是指与监测区域初始状态相同，几何形状为标准拉伸试样的试样；疲劳试样是指与监测区域初始状态相同，几何形状为标准疲劳试样的试样)；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

选择步骤A制备的多根疲劳试样，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(经历的疲劳周次)与超声波非线性系数的关系数据库：