[发明专利]少测点工况下列车车轴裂纹定位方法

权利要求书

1.少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1：在已知列车轮轴几何结构和材料参数的基础上，建立运行态列车轮轴系统振动的轴向传递模型；

步骤2：根据轴向传递模型，在轮轴的不同轴向位置处施加设定频率范围内具有相同幅值的正弦激励，依次求解各位置、各频率激励下的两轴端振动响应幅值，即左轴端幅值SEAl和右轴端幅值SEAr；

步骤3：将轴向传递模型求解得到的各激励频率和轴向位置所对应的两轴端响应幅值作比，构建轴端幅值比值库：SEAR-3D＝SEAl/SEAr；

步骤4：在列车行车状态下测试两轴端处的振动响应，从中提取裂纹特征频率对应的轴端幅值比，再与基于轴向传递模型构建的轴端幅值比值库SEAR-3D对照，即可确定裂纹刚度参数激励的轴向位置也即裂纹的轴向位置。

2.根据权利要求1所述的少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，步骤1中构建运行态列车轮轴系统振动的轴向传递模型时，包括如下步骤，

步骤1.1，将除轮轴和轴座以外的其他系统组件视为刚体，将裂纹轮轴视为柔性轴；基于ANSYS软件建立包括轮轴和轴座的轮对有限元模型；

步骤1.2，采用子结构方法对轮对有限元模型进行处理，在自由度缩减的基础上对各结构进行模态分析，得到缩减后的轮对有限元模型；

步骤1.3，将缩减后的轮对有限元模型通过FEMBS接口导入Simpack软件，结合其他系统组件的刚体模型，建立完整的车辆系统动力学模型，并设定铰约束以确定各部分的运动形式，实现含轮轴裂纹的车辆刚柔耦合建模，得到运行态列车轮轴系统振动的轴向传递模型。

3.根据权利要求2所述的少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，所述的其他系统组件包括车轮、车体和轴承。

4.根据权利要求1所述的少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，步骤2中，将轮轴的归一化轴长0～1离散成若干离散轴向位置，将设定频率范围离散成若干频率点；在各离散轴向位置处，依次在各离散频率点施加单位幅值的正弦激励，获取两轴端处与激励频率相应的响应幅值SEAl和SEAr。

5.根据权利要求1所述的少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，步骤3中，采用插值方法，利用SEAR-3D比值库中频率轴中相邻的频率点的SEAR取值，插值得到任意频率f₀处幅值比随轴向位置的变化曲线j表示离散的轴向位置序号。

6.根据权利要求5所述的少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，所述的插值过程如下，若测试得到的频率值f₀大于离散频率轴的第i个元素小于第i+1个元素，即满足f_i≤f₀≤f_i+1；此时，f₀频率处任意轴向位置j的SEAR值可近似表述为：

7.根据权利要求1所述的少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，步骤4中，在运行态的轮轴两端测点获取振动信号，通过信号处理提取轮轴裂纹的两个不同特征频率f₁和f₂的特征指标幅值比SEAR₁和SEAR₂；

然后，在轴端幅值比值库SEAR-3D中提取频率f₁和f₂处的轴端幅值比随位置变化曲线SEAR_f1,j和SEAR_f2,j，并将该运行态的测试值SEAR₁和SEAR₂与两曲线SEAR_f1,j和SEAR_f2,j相交构成两组交点位置序列[z_r1,z_r2,…,z_rn]，其中，r1，r2，...，rn为n个交点序号；两组交点序列中重合的位置即为裂纹的相对轴向位置。

8.根据权利要求7所述的少测点工况下车轴裂纹定位方法，其特征在于，所述的信号处理采用小波变换或傅里叶变换。