[發明專利]一種高速列車車體關鍵部位剩余壽命的監測方法

有效

• 申請號: 201811342729.1
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109443671B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 朱忠尹;茍國慶;于金朋;馬傳平;付正鴻;張曦;陳輝;郭糠;李婷;單美樂
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 吳桐

一種高速列車車體關鍵部位剩余壽命的監測方法，包括以下步驟：A、制作監測區域復制樣，包括拉伸試樣和疲勞試樣；B、通過對疲勞試樣進行疲勞試驗和非線性超聲波檢測建立載荷疲勞損傷與超聲波非線性系數的關系數據庫；C、通過對拉伸試樣進行靜載試驗建立靜載強度與超聲波非線性系數的關系數據庫；D、根據步驟B和C建立的關系數據庫建立剩余服役壽命計算模型；E、監測區域安裝超聲波晶片；F、對監測區域進行非線性超聲波檢測，結合步驟B和C建立的關系數據庫和步驟D建立的剩余服役壽命計算模型評定監測區域的剩余服役壽命。該監測方法可避免初始材料不均勻對超聲波非線性系數的影響，精確地監測高速列車車體關鍵部位的剩余服役壽命。

技術領域

本發明涉及一種高速列車車體關鍵部位剩余壽命的監測方法，屬于服役壽命無損檢測領域。

背景技術

高速列車運行速度相對于普通列車速度要快的多，其在服役過程中對車體的損傷和消耗也達到了更高的水平。高速列車服役行為對車體壽命的消耗主要來源于車體行駛過程震動產生的疲勞，乘客動態變化、列車交際、經過風洞隧道等產生的動態載荷，以及承受較高的靜載荷都對高速列車的服役行為造成一定影響。目前對高速列車服役行為進行監測的方式主要為停車監測，并且能夠監測出的壽命損傷特征主要為裂紋，其實一旦車體出現裂紋，車體的安全狀態立馬降低到了很低的水平，真正決定車體服役壽命的為出現裂紋前的階段，而目前對于出現裂紋前階段的剩余壽命并無有效的方式可以監測。

對于高速列車車體關鍵部位出現裂紋前的損傷并非是毫無特征，無法監測的。一般來講伴隨著車體服役的進行，使用壽命的消耗，所需監測部位材料的微觀狀態也是有一定變化，尤其是材料的位錯隨著服役的進行，其具有明顯變化。未經過服役壽命損耗的材料初始位錯狀態為小位錯，位錯密度低、呈現平面狀態分布。隨著服役行為的進行，位錯纏繞明顯，逐漸出現位錯墻，位錯逐漸凸顯出三維狀態。服役壽命的繼續損耗，位錯墻產生的應力集中，導致微裂紋的產生，此處的微裂紋通常為微米級別，甚至納米級別，然后發展成可以使用成熟的無損方法檢測出的宏觀裂紋。目前使用的較為成熟的超聲波檢測技術都是利用超聲波的線性特征，而忽視了超聲波的非線性特征。實際上材料的位錯、微裂紋都會明顯的引起超聲波的非線性特征，因而非線性超聲波攜帶了更多材料的微觀特征。目前已經有學者使用非線性超聲波技術用以監測材料的早期損傷，但非線性超聲波檢測得到超聲波非線性系數不僅受到早期服役損傷的影響，也會受到材料初始不均勻狀態的影響，尤其是對焊接接頭的焊縫、熱影響區的測試。焊接接頭各個區域的不均勻初始狀態對超聲波非線性系數的影響不可忽視，也必然的對該技術的成熟使用造成較大的障礙。本發明的主要目的是解決初始材料不均勻對超聲波非線性系數的影響，不僅可以實現非線性超聲波對焊接接頭，也可以對不均勻母材的服役壽命監測，大幅度降低監測誤差。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種高速列車車體關鍵部位剩余壽命的監測方法，該方法可避免初始材料不均勻對超聲波非線性系數的影響，實現通過非線性超聲波檢測對焊接接頭不同區域和不均勻母材的服役壽命監測，監測精度高。

本發明實現其發明目的所采取的技術方案是：一種高速列車車體關鍵部位剩余壽命的監測方法，包括以下步驟：

A、制作監測區域復制樣

根據高速列車的服役特征確定列車車體上需要進行監測的部位，并根據初始狀態差異將需要進行監測的部位劃分為多個小的監測區域，所述每個監測區域的初始狀態相同；制作與每個監測區域初始狀態相同的復制樣，所述復制樣包括拉伸試樣和疲勞試樣(拉伸試樣是指與監測區域初始狀態相同，幾何形狀為標準拉伸試樣的試樣；疲勞試樣是指與監測區域初始狀態相同，幾何形狀為標準疲勞試樣的試樣)；所述監測區域的初始狀態是指監測區域未服役，無損傷的狀態；

B、建立載荷疲勞損傷與超聲波非線性系數的關系數據庫

選擇步驟A制備的多根疲勞試樣，進行不同疲勞周次的疲勞試驗，并分別對經過不同疲勞周次疲勞試驗的疲勞試樣進行非線性超聲波檢測，根據檢測結果建立載荷疲勞損傷(經歷的疲勞周次)與超聲波非線性系數的關系數據庫：