[发明专利]含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置

说明书

本发明提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置，其中，该方法包括：获取含外物损伤的标准试样，该标准试样从待分析车轴取样获得，该标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击标准试样获得，采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限；根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限；根据待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。本发明可以提高含外物损伤的车轴疲劳强度的评估准确性，并根据评估结果对外物损伤部位进行强化，从而提高了车轴的使用安全性。

技术领域

本发明涉及车轴性能评估的技术领域，尤其是涉及一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置。

背景技术

近年来，铁路车辆运行速度不断提升，以客运列车为例，以复兴号为代表的高速列车最高运营速度达到350km/h，车辆运行过程中由道砟、冰雪等外物撞击导致的车轴表面损伤现象逐渐增多，且危害性随着运行速度的提高愈发严重。

FOD(Foreign Object Damage，外物损伤)破坏了车轴表面结构以及防护涂层的完整性，导致车轴表面局部应力集中，造成结构微观损伤，诱发微裂纹，同时在缺陷周边形成高水平的残余拉伸应力，降低车轴疲劳性能。但传统的基于名义应力方法的设计理论却没有考虑这些缺陷的影响，而一旦这些裂纹达到其临界值，车轴将发生断裂，并引发灾难性事故。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法、装置和实现装置，以提高含外物损伤的车轴疲劳强度的评估准确性，提高车轴的使用安全性。

第一方面，本发明实施例提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定方法，其中，该方法包括：获取含外物损伤的标准试样；该标准试样从待分析车轴取样获得；该标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击标准试样获得；采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限；根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限；根据待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限的步骤，包括：采集标准试样在实验过程中的疲劳数据；将疲劳数据绘制于双对数坐标系中，获得标准试样的中值疲劳S-N曲线和疲劳极限。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据疲劳数据，通过近似欧文单侧公差极限法绘制指定置信度和指定可靠度的疲劳P-S-N曲线。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限的步骤，包括：通过下述公式计算指定置信度和指定可靠度下待分析车轴的疲劳极限σ_а,fs,FOD：σ_a,fs,FOD＝σ_a,lf,FODαβε；其中，α为载荷系数；β为表面质量系数；ε为尺寸系数；σ_а,lf,FOD为标准试样疲劳极限。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该方法还包括：对标准试样的外物损伤部位进行缺陷形貌表征，得到表征数据；对表征数据进行有限元仿真分析，得到仿真分析结果；从仿真分析结果确定外物损伤部位的应力集中区域，以通过表面强化手段对应力集中区域引入设定大小的残余压缩应力。

第二方面，本发明实施例还提供了一种含外物损伤车轴疲劳极限确定装置，包括：标准试样获取模块，用于获取含外物损伤的标准试样；标准试样从待分析车轴取样获得；标准试样的外物损伤通过空气炮实验装置，采用设定硬度和设定形状的外物撞击标准试样获得；试样疲劳极限确定模块，用于采用逐级加载法获得标准试样的疲劳极限；车轴疲劳极限确定模块，用于根据标准试样的疲劳极限，确定待分析车轴的疲劳极限；强化模块，用于根据待分析车轴的疲劳极限，通过表面强化手段对外物损伤部位进行强化。