一种地铁轨道减振器金属部件的疲劳寿命分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道交通系统的结构件疲劳寿命分析技术，具体涉及一种地铁轨道减振器金属部件的疲劳寿命分析方法。
【背景技术】
[0002]轨道交通系统在行驶过程中由于车轮与钢轨的撞击，产生振动冲击和噪声，振动冲击波将在轨道、隧道、土层和地面建筑物内传播，又进一步激发产生相应的振动，对周围的环境造成不利的影响，而钢轨下面的轨道减振器就是用来抵消车辆运行过程中的动载荷，减少振动冲击和噪声。因此轨道减振器的承载能力和耐久性就显得尤为重要。在长期的实际运行过程中，统计发现轨道减振器80%以上的破坏都属于金属疲劳破坏，其原因就是轨道减振器在长期的动载荷反复作用下，金属板的薄弱地方会产生应力集中(物体中应力局部增高的现象，一般出现在物体形状急剧变化的地方，能产生疲劳裂纹)，若该区域的疲劳强度不达标，在外力的持续作用下就会产生微小的裂纹，随着裂纹的不断扩大，最终发生断裂破坏。为保证轨道交通列车长久安全正常的行驶，轨道减振器金属部分的疲劳寿命(结构材料在疲劳破坏前所经历的应力循环次数)分析显得极为重要，不论是对于开发设计还是改型优化，都能提供有效的性能参考。
[0003]目前开发人员一般采用经验法和试制样品实验的方式来对轨道减振器结构的疲劳寿命进行评估，根据以前的成熟结构进行适当少量的结构优化和修改，通过静力分析来进行简单的校核对比，再利用试纸样品进行长时间的疲劳实验来验证产品的疲劳寿命情况。但是，目前疲劳寿命评估方法存在下述缺点:1、结构优化受限:由于十分依赖以前已经成熟的产品结构，因此在轨道减振器的结构优化过程中只敢于做局部细节修改，无法充分发挥开发人员的创造性。2、疲劳评估不准确:利用经验或者静力强度校核的方法来评估产品的疲劳寿命，具有很大的不准确性，没有具体的评判标准。3、疲劳实验耗时费力:将试制出的样品进行疲劳实验，虽然准确度很高，但是花费大量的时间和人力成本，疲劳实验也需要大量的资金支持，并且仅适合于订单交付时间较为宽松的产品。4、影响开发效率:现有方法比较拖累产品的开发周期，影响开发人员的开发效率。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题，提供一种能够验证地铁轨道减振器在长时间的疲劳载荷作用下其金属部件能否满足疲劳寿命要求，减少产品开发周期，节省时间和实验成本，分析便捷可靠的地铁轨道减振器金属部件的疲劳寿命分析方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种地铁轨道减振器金属部件的疲劳寿命分析方法，步骤包括:
1)创建地铁轨道减振器的三维几何模型；
2)将所述三维几何模型进行网格划分，生成有限元网格模型；
3)针对所述有限元网格模型，采用有限元分析软件进行疲劳载荷下的静力分析运算，得到疲劳载荷峰谷值下的应力应变计算结果；
4)将所述应力应变计算结果导入疲劳分析软件，提取所述应力应变计算结果中的金属网格单元部分，设置地铁轨道减振器的金属部件的材料力学参数和表面粗糙度，对所述疲劳载荷峰谷值下的应力应变计算结果进行疲劳循环载荷设置，输入需要达到的疲劳循环次数；
5)通过所述疲劳分析软件对地铁轨道减振器的金属部件进行疲劳分析，得到地铁轨道减振器的金属部件在疲劳载荷峰谷值下的疲劳强度因子FOS和预测疲劳寿命；
6)将所述预测疲劳寿命和输入的疲劳循环次数进行比较，如果预测疲劳寿命大于输入的疲劳循环次数，则判定地铁轨道减振器的金属部件满足金属疲劳要求；否则判定地铁轨道减振器的金属部件不满足金属疲劳要求，则根据所述疲劳强度因子FOS确定地铁轨道减振器的金属部件上的疲劳危险位置。
[0006]优选地，所述步骤2)中进行网格划分时采用的网格为六面体单元或者棱柱型单
J L ο
[0007]优选地，所述步骤3)中采用的有限元分析软件为ABAQUS有限元分析软件。
[0008]优选地，所述步骤I)中创建地铁轨道减振器的三维几何模型时，包括针对地铁轨道减振器的橡胶部分进行局部结构简化的步骤，详细步骤包括去除地铁轨道减振器的橡胶部分不影响受力的倒角、圆弧和圆孔。
[0009]本发明地铁轨道减振器金属部件的疲劳寿命分析方法具有下述优点:
1、本发明在有限元仿真的基础上，通过疲劳载荷下静力学强度分析与基于金属部件表面应力应变疲劳循环计算的结合，首先利用有限元分析软件进行疲劳载荷下的静力分析运算得到疲劳载荷峰谷值下的应力应变计算结果，然后通过疲劳分析软件对地铁轨道减振器的金属部件进行疲劳分析，得到地铁轨道减振器的金属部件在疲劳载荷峰谷值下的疲劳强度因子FOS和预测疲劳寿命，并最终判断地铁轨道减振器的金属部件是否满足金属疲劳要求，且疲劳强度因子FOS为基于有限元网格模型的有限元可视化结果，可以方便快递地在不满足金属疲劳要求时给出疲劳危险位置，构成了一个地铁轨道减振器金属部件的疲劳寿命分析的有效方法，能够验证地铁轨道减振器在长时间的疲劳载荷作用下其金属部件能否满足疲劳寿命要求，而且流程比较清晰简单，操作方便，分析结果可靠性好。
[0010]2、本发明在有限元仿真的基础上，通过疲劳载荷下静力学强度分析与基于金属部件表面应力应变疲劳循环计算的结合，通过计算得到的疲劳强度因子和预测寿命来直观的反映结构在疲劳循环载荷下的安全情况，避免了经验法带来的不准确性，对新产品的开发和老产品的改型设计和优化提供了参考依据，节省了时间和资源成本，减少产品开发周期。
[0011]3、相比实验法来评估轨道减振器的疲劳寿命，本发明地铁轨道减振器金属部件的疲劳寿命分析方法为企业在产品的开发设计过程中节省了大量的人力物力成本，提升了产品的开发效率，缩短了产品成型周期。
[0012]4、本发明虽然是对地铁轨道减振器金属部件进行疲劳寿命分析，但是本发明对其他类似的橡胶减振结构的疲劳寿命评估也具有一定的参考意义，能够为开发人员在新产品的设计验证过程中提供指导依据。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例的方法基本流程示意图。
[0014]图2为本发明实施例中得到的有限元网格模型示意图。
[0015]图3为本发