[發(fā)明專利]一種混合驅(qū)動的無砟軌道疲勞壽命預(yù)測方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010460074.9
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111859724B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫立;王森榮;宋文祥;朱彬;李秋義;張政;林超;任西沖;周磊;梅琴
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06N3/0464;G06N3/08;G06T17/00;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 鄭飛

1.一種混合驅(qū)動的無砟軌道疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，包括：

S100.獲取無砟軌道現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)充足，執(zhí)行步驟S200；若現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)不足，執(zhí)行步驟S300-S400；

S200.利用疲勞壽命神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，將充足的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，無砟軌道結(jié)構(gòu)的疲勞壽命作為輸出，不斷調(diào)節(jié)模型參數(shù)和訓(xùn)練模型，得到基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的軌道結(jié)構(gòu)疲勞預(yù)測模型，利用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的軌道結(jié)構(gòu)疲勞預(yù)測模型，將新無砟軌道監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，達(dá)到對軌道結(jié)構(gòu)各部件疲勞壽命預(yù)測的目的；

S300.利用不足的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)作為有限元分析模型的荷載邊界條件，得到溫度荷載作用的靜力分析模型和列車動載作用的動力分析模型；對靜力分析模型和動力分析模型進(jìn)行計算求解，并結(jié)合現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對靜力分析模型和動力分析模型模型進(jìn)行調(diào)整和驗證；利用模型對數(shù)值仿真計算，得到溫度和列車疲勞荷載作用下的無砟軌道各組成部件的應(yīng)力時程曲線；靜力分析模型構(gòu)建方法為：結(jié)合軌道結(jié)構(gòu)的實際參數(shù)，根據(jù)氣象局氣象數(shù)據(jù)，至少包括平均風(fēng)速、平均氣溫、日照時數(shù)、日最高、最低低氣溫、總輻射日總量，利用有限元軟件建立無砟軌道溫度場分析模型，對模型施加上述氣象邊界條件，并求解，結(jié)合無砟軌道現(xiàn)場溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)整模型參數(shù)，確保模型的可靠性；動力分析模型構(gòu)建過程為：利用有限元軟件建立高速列車-無軌道-下部基礎(chǔ)空間耦合動力分析有限元模型，對無砟軌道結(jié)構(gòu)各部件施加邊界條件和荷載，對空間耦合動力分析模型進(jìn)行動力仿真計算，結(jié)合部分監(jiān)測結(jié)果，對所建立的有限元模型進(jìn)行驗證；

S400.根據(jù)溫度和列車疲勞荷載作用下的軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力時程曲線，利用疲勞損傷理論和疲勞分析軟件進(jìn)行無砟軌道結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測。

2.如權(quán)利要求1的一種混合驅(qū)動的無砟軌道疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，S200包括：

S201.對現(xiàn)場實測的軌道結(jié)構(gòu)各部件應(yīng)力應(yīng)變、溫度、位移、裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值的識別、剔除、修正，得到可用的監(jiān)測數(shù)據(jù)；

S202.采用小波處理分析方法對與軌道結(jié)構(gòu)疲勞壽命密切相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，得到軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)的頻域、時域、幅值、波長分布特征；

S203.將步驟S202處理得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)分布特征作為輸入層輸入到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中，建立疲勞壽命預(yù)測模型；

S204.將軌道結(jié)構(gòu)處于不同應(yīng)力水平或裂縫不同尺寸下軌道結(jié)構(gòu)的疲勞壽命作為預(yù)測模型的輸出層，通過對預(yù)測模型進(jìn)行不斷的訓(xùn)練以及參數(shù)調(diào)整和驗證，完成對疲勞壽命預(yù)測的訓(xùn)練，得到基于監(jiān)測數(shù)據(jù)驅(qū)動的軌道結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測模型；

S205.利用基于監(jiān)測數(shù)據(jù)驅(qū)動的軌道結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測模型，將新無砟軌道監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，達(dá)到對軌道結(jié)構(gòu)各部件疲勞壽命預(yù)測的目的。

3.如權(quán)利要求1的一種混合驅(qū)動的無砟軌道疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，S300中，有限元分析模型構(gòu)建過程為：利用有限元分析軟件，按照現(xiàn)場軌道結(jié)構(gòu)實際尺寸和材料參數(shù)建立無砟軌道三維幾何分析模型，對三維幾何分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成有限元分析模型。

4.如權(quán)利要求1的一種混合驅(qū)動的無砟軌道疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，S400包括：

S401.利用雨流計數(shù)法和變均值法，將將溫度或列車動載作用下的無砟軌道各部件的應(yīng)力時程曲線轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的二維疲勞應(yīng)力譜；

S402.利用古德曼曲線將二維疲勞應(yīng)力譜轉(zhuǎn)化為一維疲勞應(yīng)力譜；

S403.結(jié)合結(jié)構(gòu)疲勞參數(shù)和混凝土的S-N本構(gòu)曲線材料疲勞參數(shù)，將一維疲勞應(yīng)力譜和疲勞參數(shù)輸入到疲勞分析軟件，利用線性累積損傷理論對單次循環(huán)荷載作用下的軌道結(jié)構(gòu)疲勞損傷進(jìn)行求解；

S404.通過疲勞分析軟件的求解得到單次循環(huán)荷載作用下的軌道結(jié)構(gòu)疲勞損傷值，得到疲勞荷載作用下的可循環(huán)次數(shù)，最后將可循環(huán)次數(shù)轉(zhuǎn)化為疲勞壽命，得到軌道結(jié)構(gòu)在溫度荷載或列車動載作用下的疲勞壽命。