1.一种钢轨疲劳寿命预估的方法,其特征在于,所述方法包括:
S1、选取钢轨测试区域,以损伤力学方法为基础,通过有限元模型计算得到钢轨的疲劳寿命的理论评估;
上述方法包括:
S2、根据材料疲劳实验得到的S-N曲线确定损伤力学损伤演化方程的参数;
S3、将上述损伤力学寿命评估的理论方法在商用有限元软件平台上进行二次开发,形成钢轨疲劳寿命评估的功能模块;
S4、设置当前材料损伤的初始状态和疲劳载荷的加载步长;
S5、根据上述施加载荷,应用S1中所述有限元模型进行静态分析,提取相应的应变场分布,并应用S3中所述的钢轨疲劳寿命评估模块计算材料损伤演化并加以累积;
S6、判断累积出的材料损伤度是否小于1;
S7、如果材料损伤度小于1,则以当前载荷加载步长返回S5进行加载循环,直至钢轨模型出现材料损伤度大于等于1的情况;
如果出现上述材料损伤度大于等于1的情况,按以下S8处理;
S8、经过上述损伤累积,当出现材料损伤度大于等于1的情况,则当前载荷加载步数记为钢轨初始疲劳寿命。
S9、在上述疲劳分析的基础上,可将上述模型中材料损伤度大于等于1的部分删除以模拟裂纹扩展,删除方法包括:将模型中材料损伤度大于等于1的部分相应的有限元单元杀死,并修改材料损伤度小于1的其余部分单元的刚度。
S10、预设损伤度达到1的单元数或损伤度达到1的区域大小,做为后继疲劳破坏的判据;
S11、在上述损伤分析过程中,每次发生模型材料损伤度大于等于1的情况时,均按照S9进行处理并返回S5,直至S10所提出的判据得到满足。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S1的具体步骤包括:
采用如S1所述的损伤力学方法;
根据材料疲劳实验得到的S-N曲线确定损伤力学损伤演化方程的参数;
将上述损伤力学寿命评估的理论方法在商用有限元软件平台上进行二次开发,形成钢轨疲劳寿命评估的功能模块;
在所述钢轨上选择一定长度的一段作为测试区域,划分出多个网格单元;
设置钢轨的材料属性及其对应的参数值,以及设置载荷/应力边界条件和位移边界条件;其中,所述材料属性包括弹性模量、泊松比和疲劳参数;
综上所述,建立有限元模型。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S7中“以当前载荷加载步长返回S5进行加载循环”的具体步骤包括:
依据各损伤度小于1的离散单元的损伤度计算相应的单元刚度,并修改各损伤度小于1的离散单元对应的刚度,然后返回步骤S5。
4.一种钢轨疲劳寿命预估的系统,其特征在于,所述系统包括:
模型模块,用于在选取钢轨测试的区域,将所选的测试区域划分出多个网格单元,并设置钢轨的材料属性、载荷/应力边界条件及位移边界条件,通过预设的有限元模型计算钢轨的损伤演化和预估疲劳寿命;
载荷步长模块,用于设定载荷步长,进一步计算材料损伤累积;
损伤度计算/累积模块,用于提取当前所需分析的离散单元的损伤状况,且根据所提取的当前每一离散单元的应力水平,计算出所提取的当前每一离散单元的损伤度;
判据模块,用于判断所计算出的当前每一离散单元的损伤度是否存在至少有一个大于1的情况;
模型修正模块,用于杀死损伤度大于或等于1的离散单元,以模拟裂纹扩展,将所述当前各损伤度小于1的离散单元均作为后续所需分析的离散单元,在下一轮载荷历程中进行损伤累积;
寿命预估模块,用于获取所述当前载荷加载步数,并将所述获取到的当前载荷加载步数记为钢轨疲劳寿命。