[发明专利]基于轴箱振动的转向架疲劳寿命在线估计方法

说明书

本发明公开了一种基于轴箱振动的转向架疲劳寿命在线估计方法，利用传递函数方法以轴箱振动加速度PSD为输入，转向架关注区域动应力PSD为输出，结合频域疲劳损伤计算方法实现对关注区域疲劳损伤的估计。轴箱加速度传感器已被作为新一代轨道车辆的通用配置，转向架系统的振动输入已经基本明确，能够对转向架构架进行在线疲劳损伤估计，为铁道车辆关键零部件疲劳寿命管理提供了依据。

技术领域

本发明属于铁道车辆结构健康监测领域，具体涉及一种基于轴箱振动的转向架疲劳寿命在线估计方法。

背景技术

新一代智能高铁已经在轴箱和齿轮箱等部位安装温振复合传感器，如何利用少量传感器，掌握更多的车辆运行状态，成为车辆健康监测研究的当务之急。

当前评估转向架疲劳寿命的方法主要是在关注区域布置传感器实现，因转向架系统关注的区域较多，故需要在转向架上布置了大量的传感器。铁道车辆保有量巨大，一方面，过多的传感器经济性不高，另一方面，过度依赖传感器不利于提高转向架疲劳损伤监测的可靠性，无法处理“误判”，“漏判”现象。基于此，本发明提出了一种基于少量传感器实现转向架的疲劳损伤评估，降低转向架结构健康监测的成本，提高评估疲劳损伤的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于轴箱振动的转向架疲劳寿命在线估计方法，该方法根据轴箱振动加速度PSD结合传递函数得到关注位置的应力PSD，利用频域法的疲劳损伤计算方法实现疲劳损伤评估。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于轴箱振动的转向架疲劳寿命在线估计方法，包括如下步骤：

(1)构建轴箱振动与转向架动应力之间的传递函数

首先，在实验室阶段实现传递函数的标定，获取输入：轴箱振动加速度信号，以及输出：转向架关键位置的动应力；计算输入和输出的互功率密度以及输入的自功率谱密度，结合式(1)实现传递函数H(f)的标定。在线路实测阶段，根据轴箱振动信号计算输入功率谱密度S_ij(f)，当i≠j时S_ij(f)为第i个振动信号与第j个振动信号之间的互功率谱密度，当i＝j时S_ij(f)代表第i个振动信号的自功率谱密度，将所述输入功率谱密度S_ij(f)结合传递函数H_j(f)带入公式(2)计算输出功率谱密度S_y(f)；

(2)基于频域法的疲劳损伤估计

首先，根据所述振动信号计算出输入功率谱密度S_ij(f)；再根据所述输入功率谱密度和步骤(1)构建的传递函数计算出输出功率谱密度其次，根据所述输出功率谱密度S_y(f)结合频域疲劳损伤计算方法实现对关注区域疲劳损伤的估计，单位时间内的损伤其中，v_p为峰值穿越频率，C和k均为材料常数，p(s)是雨流幅值概率密度函数。

进一步地，可对步骤(1)构建的传递函数的均值进行修正，修正采用将传递函数与传递函数的平均误差相乘。

进一步地，所述输入功率谱密度S_ij(f)和输出功率谱密度S_y(f)均采用快速傅里叶变换计算而得。

进一步地，所述雨流幅值概率密度函数p(s)采用合适的分布模型计算而得，如Dirlik法和Zhao Baker法。

Dirlik法通过组合一个指数分布和两个瑞利分布，它的p(s)表示为：