[发明专利]一种受电弓框架疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种受电弓框架疲劳寿命预测方法，其特征在于，

建立受电弓框架的结构应力模型；

根据所述结构应力模型获得危险点应力时间历程；

根据所述危险点应力时间历程获得危险点等效应力幅值和危险点等效应力幅值的循环次数；

根据所述危险点等效应力幅值和所述危险点等效应力幅值的循环次数获得受电弓框架的危险点等效应力概率密度函数；

根据所述危险点等效应力概率密度函数和所述受电弓框架的材料SN曲线，预测受电弓框架的疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述结构应力模型的影响因素包括受电弓框架所受的结构力和气动载荷；

所述气动载荷为正风载荷和横风载荷的合力；

所述结构应力模型包括正风模型和横风模型。

3.根据权利要求2所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述结构应力模型满足以下方程：

[σ]＝[D][B][y]；

其中，[M]表示质量矩阵；[C]表示阻尼矩阵；[K]表示刚度矩阵；[y]表示节点位移，表示节点速度，表示节点加速度的列向量；[F_r]表示受电弓框架在结构力和气动载荷F_l综合作用下的节点载荷矩阵；[D]表示弹性矩阵；[B]表示几何矩阵；[σ]表示受电弓框架节点应力矩阵；

所述正风模型包括：

空气来流以与所述受电弓运行速度反向的等值速度绕流所述受电弓，入口速度为主流速度出口为标准大气压；

所述横风模型包括：

横风以横风风速绕流受电弓，横风风向垂直于所述受电弓运行方向；所述横风模型满足以下方程：

其中，V_ω(d)表示d米高度处的横风风速；V(10)分别表示10米参考高度处的横风风速；表示与地理环境有关的地面粗糙度系数；

根据分离涡模拟方法满足的方程，获得所述受电弓三维方向气流速度分量v_i；

根据所述受电弓三维方向气流速度分量v_i，获得所述受电弓所受到的气动载荷F_l；

根据分离涡模拟方法满足的方程，获得所述受电弓三维方向气流速度分量v_i的步骤包括：

采用基于Menter k-ωSST湍流模型的分离涡模拟方法对正风流场和横风流场进行数值模拟计算，以获得所述受电弓三维方向气流速度分量v_i；其中，设定所述受电弓静止，地面移动；

基于Menter k-ωSST湍流模型的分离涡模拟方法满足以下方程：

其中，t表示时间；ρ表示空气密度；k表示湍动能；x_i表示方向坐标，i＝1，2，3，分别表示受电弓三维方向；v_i表示气流速度分量；P表示湍流生成项；β表示第一经验常数；σ_k表示第二经验常数；σ_ω2表示第三经验常数；σ_ω表示第四经验常数；γ表示第五经验常数；ω表示湍流比耗散率；F₁表示涡到壁面边界的距离，取值为0～1；μ₁表示层流黏性系数；μ₂表示涡流黏性系数；

所述受电弓所受到的气动载荷F_l满足以下方程：

F_l＝0.5ρSV²；

其中，ρ表示空气密度；S表示受电弓框架迎流面积；V表示合成风速。

4.根据权利要求1所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述根据所述结构应力模型获得危险点应力时间历程包括：

根据所述结构应力模型获得所述受电弓框架的应力信息；

对所述应力信息进行分析，以获得危险点应力时间历程。

5.根据权利要求4所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述根据所述结构应力模型获得所述受电弓框架的应力信息的方式为有限元分析。