一种弹条疲劳试验方法与试验装置

本申请涉及轨道交通的，具体而言，涉及一种弹条疲劳试验方法与试验装置。

背景技术：

1、随着列车运营速度的不断提高、以及轨道线路运营时间的延长，车轮和钢轨之间产生的周期性磨耗，会加剧车辆轨道系统的高频振动程度。剧烈的轮轨垂向、横向动态相互作用，会导致扣件弹条在未达到服役年限的情况下过早发生共振疲劳伤损，对列车的正常运营产生严重影响。考虑到弹条共振相应产生的潜在风险，轨道设计人员一般通过模拟弹条实际服役载荷的方式，对其展开疲劳性能测试，以尽可能暴露仅通过理论分析未能推测出的弹条断裂部位。然后设计人员依据断裂位置对弹条的薄弱部位进行局部抗疲劳的优化设计，或依据断裂部位合理设计弹条及所在系统的维护或使用时长。

2、现有技术中，轨道交通领域技术人员习惯采用以下几种弹条疲劳试验方法：一是在弹条正常安装和正常服役状态下开展的低频准静态疲劳加载试验。该试验仅根据垂向振动确定待测弹条的疲劳载荷范围，与弹条在实际服役过程中同时承受的轮轨垂向、横向高频振动载荷的情况不符，最终测定的弹条断裂部位很难与实际服役时的断裂部位吻合，进而误导设计人员对弹条非薄弱部位进行局部优化设计；二是通过高频疲劳加载设备或另行增设横向疲劳加载设备的方式，识别高频载荷作用下扣件弹条共振伤损部位。但高频加载设备试验成本昂贵、针对多组试样反复测试以提高试验可靠性时，拆卸与加载作业所耗费的时间与人力成本较高。而另行增设横向疲劳加载设备的方式，针对加载空间有限的现有试验装置而言，要在小体积弹条的狭小受力部位同时作用垂、横两方向作用力，会极大增加弹条疲劳试验机结构设计难度，并且显著提高了制造成本。因此，上述弹条疲劳试验方法均难以广泛应用。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种弹条疲劳试验方法与试验装置，通过模拟弹条在高频共振条件下的等效附加载荷得到准确的试验结果与断裂位置，有效提高了试验效率，降低试验所需的制造成本或人力成本。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、本申请实施例第一方面提供了一种弹条疲劳试验方法，该方法包括：基于弹条扣件系统对应的有限元模型与预设的安装弹程，计算弹条的安装载荷；基于已知的参考危险点位置与最大参考主应变，通过有限元模型计算弹条在高频共振条件下的等效附加载荷；基于安装载荷与等效附加载荷，确定弹条疲劳试验装置中、指定加载压头的倾斜角度；控制指定加载压头发生垂向位移，以对安装在弹条疲劳试验装置中的弹条进行疲劳试验。

4、于一实施例中，在基于已知的参考危险点位置与最大参考主应变，通过有限元模型计算弹条在高频共振条件下的等效附加载荷之前，方法还包括：通过带通滤波提取现场弹条共振频段范围内的瞬时冲击加速度信号；将瞬时冲击加速度信号输入有限元模型，计算由加速度惯性效应引起的最大参考主应变，并确定参考危险点位置。

5、于一实施例中，基于已知的参考危险点位置与最大参考主应变，通过有限元模型计算弹条在高频共振条件下的等效附加载荷，包括：通过有限元模型对弹条的趾端模拟多个附加载荷，并确定每个附加载荷对应的模拟危险点位置以及最大模拟主应变；每个附加载荷均包括垂向附加载荷与横向附加载荷；基于模拟危险点位置与最大模拟主应变，将满足等效模拟条件的附加载荷标记为等效附加载荷；等效模拟条件为：模拟危险点位置与参考危险点位置一致，且最大模拟主应变与最大参考主应变一致。

6、于一实施例中，安装载荷包括垂向安装载荷与横向安装载荷，等效附加载荷包括垂向等效附加载荷与横向等效附加载荷，基于安装载荷与等效附加载荷，确定弹条疲劳试验装置中、指定加载压头的倾斜角度，包括：计算垂向等效附加载荷与垂向安装载荷的叠加值，作为垂向等效疲劳载荷；计算横向等效附加载荷与横向安装载荷的叠加值，作为横向等效疲劳载荷；基于垂向等效疲劳载荷与横向等效疲劳载荷的比值，计算指定加载压头的倾斜角度。

7、于一实施例中，在控制指定加载压头发生垂向位移，以对安装在弹条疲劳试验装置中的弹条进行疲劳试验之前，方法还包括：基于垂向等效疲劳载荷，确定指定加载压头在疲劳试验中发生垂向位移时的位移值。

8、于一实施例中，在控制指定加载压头发生垂向位移，以对安装在弹条疲劳试验装置中的弹条进行疲劳试验之前，方法还包括：基于安装载荷与等效附加载荷，控制指定加载压头发生垂向位移，并记录在参考危险点位置检测到的应变数据；基于应变数据计算最大试验主应变，并判断最大试验主应变是否与最大参考主应变相等。

9、于一实施例中，控制指定加载压头发生垂向位移，以对安装在弹条疲劳试验装置中的弹条进行疲劳试验，包括：基于弹条在高频共振条件下的动态位移幅值，调节疲劳试验的加载振幅；控制指定加载压头发生垂向位移，以提供安装载荷与等效附加载荷。

10、于一实施例中，在基于弹条在高频共振条件下的动态位移幅值，调节疲劳试验的加载振幅之前，方法还包括：通过带通滤波提取现场弹条共振频段范围内的动态位移幅值。

11、本申请实施例第二方面提供了一种弹条疲劳试验装置，弹条疲劳试验装置包括：安装架、预埋底座、螺母以及加载丝杆。其中，安装架具有试验腔；预埋底座与安装架连接，且位于试验腔内，用于安装待试验弹条；螺母与安装架固定连接；加载丝杆的一端具有倾斜的加载斜面，且通过螺母伸入试验腔内、与待试验弹条抵接；加载斜面的倾斜角度正切值为待试验弹条模拟高频共振条件下、垂向等效疲劳载荷与横向等效疲劳载荷的比值。

12、于一实施例中，加载丝杆的加载斜面与待试验弹条的趾端抵接。

13、本申请与现有技术相比的有益效果是：本申请通过现场激励数据确定弹条在高频共振状态下的最大主应变与危险点位置，并在有限元模型上模拟等效附加载荷，以对应相同的最大主应变与危险点位置，来进一步确定实体试验装置中，对弹条施加静态载荷所需的加载斜面的倾斜角度。本申请让弹条在疲劳试验中同时受到与高频共振条件等效的静态横向、垂向载荷，提高了弹条疲劳实验结果的准确性，降低了弹条疲劳试验装置的制造成本与试验所需的人力成本，提高了弹条疲劳试验的效率。

技术特征：

1.一种弹条疲劳试验方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的弹条疲劳试验方法，其特征在于，在所述基于已知的参考危险点位置与最大参考主应变，通过所述有限元模型计算所述弹条在高频共振条件下的等效附加载荷之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的弹条疲劳试验方法，其特征在于，所述基于已知的参考危险点位置与最大参考主应变，通过所述有限元模型计算所述弹条在高频共振条件下的等效附加载荷，包括：

4.根据权利要求1所述的弹条疲劳试验方法，其特征在于，所述安装载荷包括垂向安装载荷与横向安装载荷，所述等效附加载荷包括垂向等效附加载荷与横向等效附加载荷，所述基于所述安装载荷与所述等效附加载荷，确定弹条疲劳试验装置中、指定加载压头的倾斜角度，包括：

5.根据权利要求4所述的弹条疲劳试验方法，其特征在于，在所述控制所述指定加载压头发生垂向位移，以对安装在所述弹条疲劳试验装置中的所述弹条进行疲劳试验之前，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的弹条疲劳试验方法，其特征在于，在所述控制所述指定加载压头发生垂向位移，以对安装在所述弹条疲劳试验装置中的所述弹条进行疲劳试验之前，所述方法还包括：

7.根据权利要求1所述的弹条疲劳试验方法，其特征在于，所述控制所述指定加载压头发生垂向位移，以对安装在所述弹条疲劳试验装置中的所述弹条进行疲劳试验，包括：

8.根据权利要求7所述的弹条疲劳试验方法，其特征在于，在所述基于所述弹条在高频共振条件下的动态位移幅值，调节所述疲劳试验的加载振幅之前，所述方法还包括：

9.一种弹条疲劳试验装置，其特征在于，所述弹条疲劳试验装置包括：

10.根据权利要求9所述的弹条疲劳试验装置，其特征在于，所述加载丝杆的加载斜面与所述待试验弹条的趾端抵接。

技术总结
本申请公开了一种弹条疲劳试验方法与试验装置，涉及轨道交通的技术领域。弹条疲劳试验方法包括：基于弹条扣件系统对应的有限元模型与预设的安装弹程，计算弹条的安装载荷；基于已知的参考危险点位置与最大参考主应变，通过有限元模型计算弹条在高频共振条件下的等效附加载荷；基于安装载荷与等效附加载荷，确定弹条疲劳试验装置中、指定加载压头的倾斜角度；控制指定加载压头发生垂向位移，以对安装在弹条疲劳试验装置中的弹条进行疲劳试验。故本申请具有试验结果精准、降低人力物力的优点。

技术研发人员：韦凯,宫寅,谢梦,陆云,王显,王平,钱程,李建森,谢朝川,周小兵,郑强,肖读杰,刘延滨,陶佳元,李凤煜,何逸飞
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13