轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件、方法与装置与流程

本发明属于轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试验领域，尤其涉及一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件、方法与装置。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、轨道车辆用金属部件包括但不限于转向架构架、制动夹钳、车钩、牵引拉杆、轮对提吊、小横梁、枕梁等轨道车辆关键部件。由于轨道车辆用金属部件承受疲劳载荷及环境因素(比如腐蚀环境、电化学腐蚀、温度等)的耦合作用，使得这些部件会受到一定程度的腐蚀或部件处于疲劳状态，从而影响整个轨道车辆的温度运行。

3、传统轨道车辆领域金属材料腐蚀疲劳性能评估存在以下问题：

4、(1)传统轨道车辆领域金属材料腐蚀疲劳性能评估一般按照gb/t 20120要求进行，采用常温条件下、3.5％nacl溶液全浸方式进行，但轨道车辆运营环境复杂，比如在亚热带地区的轨道车辆服役环境温度一般在50℃左右，且外露部件一般呈“水滴状”，其受cl-水雾浸泡及电化学腐蚀的综合作用，传统试验方法不能准确反映车辆部件实际服役环境，从而导致部件设计余量过小，使部件过早失效，影响车辆运营可靠性。

5、(2)对于轨道车辆的小横梁、枕梁等关键部件，由于部件尺寸的问题，无法完成取样，从而不能对轨道车辆的小尺寸金属部件进行腐蚀疲劳评估，从而影响后期车辆运行的稳定性。

6、(3)传统轨道车辆领域腐蚀疲劳评估一般设定50万次，以铝合金为例，该循环次数下未能出现腐蚀疲劳平台，但是按照既有的条件概率统计方法部件仍会出现问题，若降低应力级，则使得腐蚀疲劳试验费用呈倍数增加，但是试验费用昂贵，仍存在无法获得低应力下的腐蚀疲劳寿命评估结果的情况。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件、方法与装置，其能够准确反映腐蚀疲劳评估寿命，为研发设计和失效分析提供保障。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件。

4、一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件，其中，所述轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件呈轴对称的片状结构；

5、所述轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件由工作段、两个夹持段及两个过渡圆弧段构成；

6、所述工作段为矩形形状，位于整个试件的中间位置；

7、两个所述过渡圆弧段由所述工作段的两端向外延伸而成；

8、两个所述夹持段由两个过渡圆弧段分别向外延伸而成；所述夹持段为矩形结构。

9、作为一种实施方式，所述过渡圆弧段的半径与其中心宽度比≥6。

10、上述技术方案的优点在于，这样能够避免试件的宽度发生突变，从而影响试验数据的有效性。

11、作为一种实施方式，所述夹持段的长度≥50mm。

12、上述技术方案的优点在于，这样能够提供基本的夹持距离，保障试验数据的稳定性及有效性。

13、作为一种实施方式，所述工作段的长度≥8mm。

14、上述技术方案的优点在于，这样能够区分过渡圆弧段及工作段，保障试验数据的有效性。

15、本发明的第二个方面提供一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试验方法。

16、一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试验方法，其包括：

17、将试件设置在腐蚀疲劳试验机的上下夹头之间；所述试件为如上述所述的轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件；

18、将试件穿过介质容器；其中，介质容器内盛设有流动的腐蚀介质，以模拟预设腐蚀环境；腐蚀介质的浓度、ph值和温度均与预设腐蚀环境相同；且试件与介质容器之间采用与腐蚀介质不发生化学反应的密封件进行密封；腐蚀介质液面位于试件的工作段中间位置；

19、初始化腐蚀疲劳试验机，开展腐蚀疲劳试验，实验过程中，保持腐蚀介质稳定，直至试件断裂或者到达设定疲劳次数停止试验；

20、根据试件断裂位置及疲劳循环次数，判断试件的有效性，从而判断试验数据的有效性。

21、作为一种实施方式，所述腐蚀介质为ph值在6.4～7.2的3.5％nacl溶液，且温度为50℃。

22、上述技术方案的优点在于，能够模拟轨道车辆用金属部件所处的复杂环境，而且还能够实现试验进程的加速。

23、作为一种实施方式，当疲劳循环次数大于10000次，且试件断裂位置在腐蚀介质液面附近时，判断试件有效。

24、上述技术方案的优点在于，通过判断试件的有效性来保障试验数据的有效性，从而为轨道车辆部件的研发设计、材料选型、工艺制定和服役运维提供准确的数据支撑，提高轨道车辆部件/材料服役安全性。

25、作为一种实施方式，当试件无效时，重新选取或制备试件；

26、利用重新选取或制备的试件，再次进行腐蚀疲劳试验。

27、上述技术方案的优点在于，这样能够保障试验数据的准确性，提高后期轨道车辆部件/材料服役安全性。

28、作为一种实施方式，初始化腐蚀疲劳试验机，包括初始化力值/应变、试验频率及试验循环次数。

29、本发明的第三个方面提供一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳评估方法。

30、一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳评估方法，其包括：

31、获取采用如上述所述轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试验方法所得到各个轨道车辆用金属部件的有效试验数据；

32、采用t分布函数计算轨道车辆用金属部件在不同置信度、不同可靠度下和不同试件样本数量下的单侧率统计系数；

33、将相应试件单侧率统计系数，与预设安全系数及试件材质因子相乘，再与相应试件疲劳均值相加，计算出相应试件的疲劳极限；

34、利用计算出的相应试件的疲劳极限，构建低应力等级下的疲劳寿命预测模型，对相应试件进行预设应力等级下的寿命预测。

35、作为一种实施方式，单侧率统计系数的计算过程为：

36、

37、式中，γ(x)为概率为x下的gamma函数，e为自然对数的底，p为可靠度，α为置信度；n表示试件总数，即试件数；μp为该正态分布函数下概率为p的标准偏差，h(p,α,n)表示基于t分布函数下试件数为n的新型单侧概率统计系数，tc(n-1)表示试件数为n-1、概率为p条件下的t分布左侧分位数；β为中间参数。

38、作为一种实施方式，试件的疲劳极限为：

39、

40、其中，h(p,α,n)表示基于t分布函数下试件数为n的新型单侧概率统计系数；sp-α表示可靠度为p，置信度为α下的条件疲劳极限；表示相应试件疲劳均值，即可靠度和置信度均为50％的疲劳极限；表示可靠度和置信度均为50％的疲劳极限下的标准差；f表示预设安全系数。

41、本发明的第四个方面提供一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳评估装置。

42、一种轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳评估装置，其包括：

43、试验数据获取模块，其用于获取采用如上述所述轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试验方法所得到各个轨道车辆用金属部件的有效试验数据；

44、单侧率统计系数计算模块，其用于采用t分布函数计算轨道车辆用金属部件在不同置信度、不同可靠度下和不同试件样本数量下的单侧率统计系数；

45、疲劳极限计算模块，其用于将相应试件单侧率统计系数，与预设安全系数及试件材质因子相乘，再与相应试件疲劳均值相加，计算出相应试件的疲劳极限；

46、试件寿命预测模块，其用于利用计算出的相应试件的疲劳极限，构建低应力等级下的疲劳寿命预测模型，对相应试件进行预设应力等级下的寿命预测。

47、作为一种实施方式，在所述单侧率统计系数计算模块中，单侧率统计系数的计算过程为：

48、

49、

50、式中，γ(x)为概率为x下的gamma函数，e为自然对数的底，p为可靠度，α为置信度，n表示试件总数，μp为该正态分布函数下概率为p的标准偏差，h(p,α,n)表示基于t分布函数下试件数为n的新型单侧概率统计系数，tc(n-1)表示试件数为n-1、概率为p条件下的t分布左侧分位数。

51、作为一种实施方式，在所述疲劳极限计算模块中，试件的疲劳极限为：

52、

53、其中，h(p,α,n)表示基于t分布函数下试件数为n的新型单侧概率统计系数；sp-α表示可靠度为p，置信度为α下的条件疲劳极限；表示相应试件疲劳均值，即可靠度和置信度均为50％的疲劳极限；表示可靠度和置信度均为50％的疲劳极限下的标准差；f表示预设安全系数。

54、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

55、(1)本发明设计了一种轴对称片状结构的轨道车辆用金属部件腐蚀疲劳试件，且由位于整个试件的中间位置的向外延伸形成过渡圆弧段，再由过渡圆弧段分别向外延伸而成夹持段，解决了目前不能对轨道车辆的小尺寸金属部件进行腐蚀疲劳评估的问题，可以减小过渡圆弧与工作段宽度比，减少了试样尺寸，便于取样，可进一步增加轨道车辆部件的取样范围，增加了普适性，提高了腐蚀疲劳数据的稳定及准确性，保障了后期车辆设计准确性及车辆运行的稳定性。

56、(2)本发明将试件穿过介质容器且介质容器内盛设有流动的腐蚀介质，实现了设定腐蚀环境模拟和半浸式腐蚀疲劳试验，克服了传统常温、全浸腐蚀疲劳测试的部件/材料腐蚀疲劳性能偏高的问题，进而更好得反映轨道车辆部件材料的腐蚀疲劳性能，提供了准确的数据基础，提高了轨道车辆部件/材料服役安全性。

57、(3)本发明还根据试件断裂位置及疲劳循环次数，判断试件的有效性，进而判断试验数据的有效性，排除了低周疲劳因素单独作用结果，从而为轨道车辆部件的研发设计、材料选型、工艺制定和服役运维提供准确的数据支撑，提高了轨道车辆部件/材料服役安全性。

58、(4)本发明将采用t分布函数计算轨道车辆用金属部件在不同置信度、不同可靠度下和不同试件样本数量下的单侧率统计系数，进而基于预设安全系数及试件材质因子，计算试件的疲劳极限，提高了单侧容限系数法的准确性，从而为寿命预测提供了准确的数据基础。

59、(5)本发明在计算出的相应试件的疲劳极限及预先构建的寿命预测模型，对试件进行寿命预测的过程中，利用低应力等级外推法，根据高应力等级试验数据，实现了准确地推断低应力等级下部件材料的腐蚀疲劳性能，减少了腐蚀试验成本。

60、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。