[发明专利]一种铁道车辆在线监测算法开发系统

权利要求书

1.一种铁道车辆在线监测算法开发系统，其特征在于，包括动力学仿真模块、验证模块以及实物计算模块；

所述动力学仿真模块包括依次连接的车辆边界条件输入单元、车辆刚柔耦合动力学模型单元以及存储发送单元，所述车辆刚柔耦合动力学模型还与验证模块连接，所述存储发送单元与实物计算模块连接，所述实物计算模块包括算法输入单元以及硬件单元，所述硬件单元分别与存储发送单元以及验证模块连接；

所述车辆边界条件输入单元用于输入车辆边界条件；所述车辆刚柔耦合动力学模型用于根据车辆边界条件获取车辆部件振动加速度时域数据、车辆部件动应力时域数据以及轮轨力时域数据；所述存储发送单元用于存储车辆部件振动加速度时域数据、车辆部件动应力时域数据以及轮轨力时域数据，且调用时域数据发送至硬件单元；所述算法输入单元用于输入需要开发的算法；所述硬件单元用于根据输入的算法和时域数据运行算法；所述验证模块用于对时域数据进行离线分析，并将分析结果和硬件单元输出的结果进行对比验证；

所述根据车辆边界条件获取车辆部件振动加速度时域数据的具体方法为：

A1、将车辆边界条件输入车辆刚柔耦合动力学模型，并使用模态分析获取柔性体的各阶截断模态矩阵u和截断模态坐标矩阵q为：

q＝[q₁(t),q₂(t),…,q_n(t)]^T

A2、根据矩阵u和矩阵q获取任意时刻t的柔性体变形矢量x(t)为：

{x(t)}＝u·q

A3、对柔性体变形矢量x(t)进行求导，得到车辆部件振动加速度时域数据；

其中，q₁(t),q₂(t),...,q_n(t)均表示截断模态坐标，T表示转置；均表示1-n阶截断模态，其上标表示阶次，其下标表示自由度号；

所述根据车辆边界条件获取车辆部件动应力时域数据的具体方法为：

B1、基于车辆刚柔耦合动力学模型，通过在接口节点处施加单位载荷，获取弹性体上接口节点处的每阶惯性释放模态为：

B2、根据惯性释放模态获取每阶残余向量为：

B3、将车辆边界条件输入车辆刚柔耦合动力学模型，获取车辆部件动应力时域数据σ为：

其中，表示第j模态应力，a_jk表示惯性释放模态和结构模态的修正系数，j＝1,2,..,n_re，n_re表示使用模态应力恢复法选择的模态数目，n_all表示所有模态数目，k_all表示残余模态数目，表示第j阶模态坐标，表示残余模态坐标；

所述根据车辆边界条件获取轮轨力时域数据包括轮轨切向力和轮轨法向力；所述轮轨切向力采用kalker简化方法FASTSIM进行计算，轮轨法向力采用非线性Hertz弹性接触方法获取；所述轮轨法向力p(t)具体为：

其中，G表示轮轨接触常数，δ表示轮轨间的弹性压缩量；

所述车辆刚柔耦合动力学模型用于识别铁道车辆柔性结构的时域数据，所述柔性结构包括柔性轮对、柔性轴箱、柔性钢簧、柔性构架、柔性车体、柔性构架和柔性附属部件；

所述算法输入单元的输入算法包括动力学监测算法以及疲劳结构监测算法，所述动力学监测算法用于监测车辆稳定性、车辆平稳性以及车辆安全性；所述疲劳结构监测算法用于检测铁道车辆结构部件的寿命监测以及模态检测。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆在线监测算法开发系统，其特征在于，所述硬件单元具体为单片机系统，所述单片机系统上设置有显示屏、算法烧录串口以及时域数据接收串口；所述显示屏用于显示算法的计算结果，所述算法烧录串口用于将算法录入单片机，所述时域数据接收串口用于实时接收时域数据。