一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，首先獲取高速動(dòng)車組駛里程L；根據(jù)高速動(dòng)車組駛里程L與試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q之間的關(guān)系，計(jì)算得到試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q；對(duì)試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)為Q，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度T，所述試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度T即為高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度。本發(fā)明能夠?qū)Ω咚賱?dòng)車組上的待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)并評(píng)估待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的老化失效行為，為高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)與理論上的支撐。
【專利說明】
一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)試與技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代社會(huì)中，動(dòng)車高速發(fā)展，車用粘接劑在動(dòng)車上應(yīng)用廣泛。彈性粘接具有密封性好、耐腐蝕、安裝簡(jiǎn)單且零件少等優(yōu)點(diǎn)。可彌補(bǔ)裝配及施工誤差，粘接接頭具有彈性，避免了應(yīng)力集中引起的粘接結(jié)構(gòu)開裂。整個(gè)粘接面都參與強(qiáng)度形成，具有很高的剝離強(qiáng)度?？善鸬礁粢艚翟胱饔?，增加乘坐的舒適性和安全性。
[0003]高速動(dòng)車組運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，運(yùn)行路線中所經(jīng)過地區(qū)的溫度和濕度變化大，車身的粘接結(jié)構(gòu)容易受到濕度和溫度的影響。高速動(dòng)車組的運(yùn)行工況比較復(fù)雜，在高速行駛時(shí)由于不同運(yùn)行工況的車窗內(nèi)外氣壓差導(dǎo)致粘接結(jié)構(gòu)受動(dòng)態(tài)交變載荷的作用，粘接結(jié)構(gòu)在高速動(dòng)車組運(yùn)行的整個(gè)過程中受濕熱循環(huán)與動(dòng)態(tài)載荷親合加載的影響。高速動(dòng)車組行駛過程中，其粘接結(jié)構(gòu)在勻速前進(jìn)和穿越隧道工況中受內(nèi)外氣壓差的作用比較明顯。因?yàn)樵诟咚賱?dòng)車組運(yùn)行過程中粘接結(jié)構(gòu)膠層會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，目前還沒有一種行之有效的粘接膠層老化評(píng)價(jià)方法。高速動(dòng)車組運(yùn)行一段里程后，無法對(duì)粘接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的粘接強(qiáng)度設(shè)計(jì)問題進(jìn)行預(yù)估，無從得知粘接結(jié)構(gòu)膠層的強(qiáng)度還能不能滿足使用要求。缺少一種試驗(yàn)方法預(yù)測(cè)并評(píng)估粘接結(jié)構(gòu)的老化失效行為，判斷粘接結(jié)構(gòu)是否安全，從而無法通過調(diào)整粘接結(jié)構(gòu)形式、粘接面積、涂膠量等途徑來使粘接結(jié)構(gòu)達(dá)到安全可靠地狀態(tài)。在高速動(dòng)車組維修時(shí)，不清楚粘接結(jié)構(gòu)膠層的強(qiáng)度還能不能滿足使用要求就對(duì)其更換，造成大量浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)問題，確立行駛里程和強(qiáng)化試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)之間的近似關(guān)系，建立一種粘接結(jié)構(gòu)粘接性能壽命預(yù)測(cè)方法，能夠預(yù)測(cè)并評(píng)估粘接結(jié)構(gòu)的老化失效。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0006]—種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一、獲取動(dòng)車組行駛?cè)掏？空緮?shù)A、穿越隧道數(shù)B，以及待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力03和穿越隧道時(shí)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力ob;
[0008]步驟二、制作多組試驗(yàn)粘接試件，并對(duì)試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行溫度循環(huán)濕度循環(huán)耦合試驗(yàn)，加載使試驗(yàn)粘接試件的膠層連續(xù)受到應(yīng)力03和應(yīng)力(^作用的交變載荷，并且所述兩個(gè)應(yīng)力作用時(shí)間的比為A/B;其中，每組試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行不同的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)；
[0009]步驟三、對(duì)上述試驗(yàn)粘接試件分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)量每組試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度，并根據(jù)每組試驗(yàn)粘接試件的循環(huán)次數(shù)，擬合出試驗(yàn)次數(shù)與試驗(yàn)粘接試件剩余強(qiáng)度之間的函數(shù)；
[0010]步驟四、選取高速動(dòng)車組運(yùn)行不同公里時(shí)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)上的粘接膠條，根據(jù)拉伸試驗(yàn)測(cè)試膠條的剩余強(qiáng)度，擬合曲線建立膠條剩余強(qiáng)度與高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)之間的關(guān)系;
[0011]步驟五、令膠條的剩余強(qiáng)度等于粘接試件的剩余強(qiáng)度，得出高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)和試驗(yàn)次數(shù)的函數(shù)關(guān)系。
[0012]步驟六、獲取高速動(dòng)車組駛里程，根據(jù)高速動(dòng)車組駛里程與試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算得到試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q;
[0013]步驟七、對(duì)試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)為Q，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度T，所述試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度T即為高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度。
[0014]優(yōu)選的是，步驟A中，待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力oa和穿越隧道時(shí)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力Ob通過理論分析獲得。
[0015]優(yōu)選的是，步驟B中，通過對(duì)試驗(yàn)粘接試件分別施加拉力Pl= OaXS、P2 = obXS以使試驗(yàn)粘接試件膠層受到應(yīng)力和應(yīng)力Ob作用，其中S為試驗(yàn)粘接試件膠層的面積。
[0016]優(yōu)選的是，步驟三中，擬合試驗(yàn)次數(shù)與剩余強(qiáng)度之間的函數(shù)時(shí)采用一階多項(xiàng)式擬入口 ο
[0017]優(yōu)選的是，步驟四中，擬合剩余強(qiáng)度與高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)之間的函數(shù)時(shí)，采用一階多項(xiàng)式擬合。
[0018]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面:
[0019]1、本發(fā)明一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，能夠?qū)Ω咚賱?dòng)車組上的待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)并評(píng)估待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的老化失效行為，為高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)與理論上的支撐。
[0020]2、本發(fā)明一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，能夠根據(jù)高速動(dòng)車組典型路線對(duì)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)建立動(dòng)態(tài)載荷譜。
[0021]3、本發(fā)明一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，能夠?qū)φ辰釉嚰囟妊h(huán)-濕度循環(huán)-動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，通過加速老化試驗(yàn)來模擬待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層在實(shí)際工作環(huán)境中的老化行為。
[0022]4、本發(fā)明一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，通過高速動(dòng)車組不同運(yùn)行里程的待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠條的剩余強(qiáng)度和粘接試件耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的剩余強(qiáng)度，建立行駛里程和動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線。
[0023]5、本發(fā)明一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，在高速動(dòng)車組運(yùn)行路線和待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)所承受工況條件確定的情況下，可以根據(jù)動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)對(duì)應(yīng)高速動(dòng)車組行駛的公里數(shù)，判斷待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)是否安全，并且通過調(diào)整粘接結(jié)構(gòu)形式、粘接面積、涂膠量等途徑，使粘接結(jié)構(gòu)達(dá)到安全可靠的狀態(tài)。
【附圖說明】
[0024]圖1是高速動(dòng)車組待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的載荷函數(shù)波形圖。
[0025]圖2是高速動(dòng)車組待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)載荷譜示意圖。
[0026]圖3是矩形金屬粘接試件的示意圖。
[0027]圖4是矩形金屬粘接試件的動(dòng)態(tài)載荷譜示意圖。
[0028]圖5是PVl200交變氣候測(cè)試條件示意圖。
[0029]圖6是高速動(dòng)車組側(cè)窗粘接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖7是圖6A-A向剖視圖。
[0031 ]圖8是高速動(dòng)車組側(cè)窗結(jié)構(gòu)的載荷函數(shù)波形圖。
[0032]圖9是高速動(dòng)車組側(cè)窗結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)載荷譜示意圖。
[0033 ]圖1O是側(cè)窗粘接結(jié)構(gòu)模型載荷施加示意圖。
[0034]圖11是粘接試件的動(dòng)態(tài)載荷譜示意圖。
[0035]圖12是剩余強(qiáng)度T與動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q的函數(shù)關(guān)系示意圖。
[0036]圖13是剩余強(qiáng)度T與高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)L的函數(shù)關(guān)系示意圖。
[0037]圖14是高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0039]本發(fā)明提供了一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，需要建立高速動(dòng)車組駛里程L與試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q之間的關(guān)系L= Φ (Q)，具體流程如下:
[0040]首先，根據(jù)高速動(dòng)車組的具體結(jié)構(gòu)模型建立車身結(jié)構(gòu)的整體仿真模型和待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的局部仿真模型。統(tǒng)計(jì)高速動(dòng)車組典型線路的運(yùn)行環(huán)境及停靠站數(shù)量、穿越隧道數(shù)量，得到高速動(dòng)車組典型線路的?？空緮?shù)量A與穿越隧道數(shù)量B。依照高速動(dòng)車組運(yùn)行過程中待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的主要受力狀況，高速動(dòng)車組在勻速前進(jìn)及穿越隧道兩種工況下待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)受負(fù)壓的作用，負(fù)壓峰值分別為4000pa和6000pa，得出兩種工況下待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的工作載荷峰值Pa = 4000pa和Pb = 6000pa。根據(jù)?？空緮?shù)量A、穿越隧道數(shù)量B和勻速前進(jìn)工況工作載荷峰值Pa、穿越隧道工況工作載荷峰值Pb繪制待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的載荷函數(shù)波形圖，如圖1所示。以A/B的最小公約數(shù)對(duì)載荷函數(shù)波形圖編譜簡(jiǎn)化，由兩種運(yùn)行工況所占的比重繪制待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)載荷譜，如圖2所示。
[0041]通過有限元對(duì)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)在工作載荷峰值Pa、Pb條件下分析，對(duì)兩種工況下的待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層單元進(jìn)行計(jì)算，得到勻速前進(jìn)和穿越隧道兩種工況下待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力為oa、Ob。
[0042]然后制作矩形金屬試驗(yàn)粘接試件，試驗(yàn)粘接試件是由金屬試件和粘接劑粘接而成的，如圖3所示，試驗(yàn)粘接試件膠層的粘接面積為S。根據(jù)勻速前進(jìn)和穿越隧道兩種工況下粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力0a、Ob，由公式計(jì)算得出粘接試件兩端施加的試驗(yàn)載荷幅值Pi =oa X S、P2 = Ob X S。依據(jù)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)載荷譜與試驗(yàn)載荷幅值P1、P2繪制試驗(yàn)粘接試件的動(dòng)態(tài)載荷譜，如圖4所示。
[0043]依據(jù)交變氣候測(cè)試條件，如圖5所示，對(duì)粘接試件進(jìn)行溫度循環(huán)-濕度循環(huán)耦合試驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)動(dòng)態(tài)載荷譜對(duì)試驗(yàn)粘接試件施加交變載荷，建立粘接試件溫度循環(huán)-濕度循環(huán)-動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)粘接試件的動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)的最大循環(huán)次數(shù)，確定O到最大循環(huán)次數(shù)間的試驗(yàn)組數(shù)N及每組試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)Q1、Q2、…、Qn ;
[0044]根據(jù)動(dòng)態(tài)載荷譜的試驗(yàn)循環(huán)組數(shù)N，確定需要粘接N組試件，定義每組粘接試件為R1、R2、…、Rn，每組包含M個(gè)粘接試件。通過輔助試驗(yàn)裝置對(duì)粘接試件進(jìn)行粘接。
[0045]按照交變氣候測(cè)試條件與動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q對(duì)N組粘接試件進(jìn)行溫度循環(huán)-濕度循環(huán)-動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后使用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)粘接試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得每個(gè)粘接試件在耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的剩余強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)束后，排除個(gè)別無效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并取每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為該動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)下的粘接試件剩余強(qiáng)度T，TdP是在交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)(^時(shí)仏組粘接試件膠層的剩余強(qiáng)度，Tn表示交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Qn時(shí)Rn組粘接試件膠層的剩余強(qiáng)度。
[0046]交變氣候測(cè)試條件參考PV 1200標(biāo)準(zhǔn)。
[0047]在交變氣候測(cè)試條件下，對(duì)溫度、濕度與不同動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)次數(shù)耦合條件下的金屬粘接試件失效模式、剩余強(qiáng)度T結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;繪制交變氣候測(cè)試條件溫度與濕度耦合環(huán)境下，剩余強(qiáng)度T與不同動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q之間的關(guān)系曲線，并進(jìn)行規(guī)律性的總結(jié)。以動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)次數(shù)Q為自變量，剩余強(qiáng)度T為因變量，擬合曲線得到T= O1(Q)的函數(shù)關(guān)系O
[0048]提取高速動(dòng)車組不同運(yùn)行里程的待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠條，選取高速動(dòng)車組運(yùn)行U、L2、L3、-_、Ln公里時(shí)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)上的粘接膠條，η為提取的運(yùn)行里程數(shù)量。通過拉伸試驗(yàn)測(cè)試待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠條的剩余強(qiáng)度為T/、IV、…、Tr/。擬合曲線建立剩余強(qiáng)度Iv與高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)L之間的老化關(guān)系曲線Iv =Φ2(υ。
[0049]將T=CD1(Q)和T' =CD2(L)聯(lián)立，并使T = Iv，初步建立行駛里程L和交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q之間的近似關(guān)系L= Φ (Q)。
[0050]在獲取了L=O(Q)關(guān)系式后，可進(jìn)行高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)壽命的預(yù)測(cè)，如圖14所示，具體步驟如下:
[0051 ] 步驟一 S110、獲取高速動(dòng)車組駛里程L;
[0052]步驟二S120、根據(jù)高速動(dòng)車組駛里程L與試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q之間的關(guān)系L= Φ (Q)，計(jì)算得到試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q;
[0053]步驟三S130、對(duì)試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)為Q，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度T，所述試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度T即為高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度。根據(jù)剩余強(qiáng)度T，能夠預(yù)測(cè)并評(píng)估待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的老化失效行為，為高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)與理論上的支撐。
[0054]為了示范說明，選取哈爾濱至廣州為高速動(dòng)車組典型路線，本發(fā)明選取高速動(dòng)車組中的平側(cè)窗結(jié)構(gòu)作為待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)。車窗結(jié)構(gòu)主要包括側(cè)窗玻璃1、側(cè)窗鋁合金框架4兩部分。車窗結(jié)構(gòu)作為一個(gè)分總成部件，通過側(cè)窗鋁合金框架4與車體結(jié)構(gòu)3之間的粘接膠層2完成裝配，如圖6、圖7所示。
[0055]依照高速動(dòng)車組運(yùn)行過程中待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)的主要受力狀況，其中勻速前進(jìn)及穿越隧道兩種工況下側(cè)窗受負(fù)壓峰值為4000pa和6000pa，得到兩種工況下側(cè)窗工作載荷峰值SPa = 4000pa、Pb = 6000pa。統(tǒng)計(jì)典型路線的運(yùn)行環(huán)境，得到高速動(dòng)車組?？空緮?shù)量為100次，穿越隧道數(shù)量為50次。根據(jù)?？空緮?shù)量、穿越隧道數(shù)量和勻速前進(jìn)工況負(fù)壓峰值、穿越隧道工況負(fù)壓峰值繪制側(cè)窗結(jié)構(gòu)的載荷函數(shù)波形圖，如圖8所示。以100/50的最小公約數(shù)對(duì)載荷函數(shù)波形圖編譜簡(jiǎn)化，由勻速前進(jìn)工況與穿越隧道工況所占的比重為2:1繪制側(cè)窗結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)載荷譜，如圖9所示。
[0056]依照高速動(dòng)車組運(yùn)行過程中車窗結(jié)構(gòu)的主要受力狀況，對(duì)側(cè)窗結(jié)構(gòu)模型施加載荷；為了模擬高速動(dòng)車組高速運(yùn)行過程中，在車窗結(jié)構(gòu)模型中部的玻璃單元上分別施加4000pa、6000pa的均布載荷。為了模擬車窗結(jié)構(gòu)與車體結(jié)構(gòu)粘接后可能存在的殘余剪切作用力，在車窗的對(duì)角線方向施加一對(duì)方向相反的作用力，如圖10所示，對(duì)兩種工況膠層單元進(jìn)行計(jì)算，得到勻速前進(jìn)和穿越隧道兩種工況下粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力為2Mpa、3Mpa0
[0057]設(shè)計(jì)矩形金屬粘接試件，粘接角度為90°，試件粘接面積為25mmX 25mm。根據(jù)勾速前進(jìn)和穿越隧道兩種工況下粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力為2Mpa、3Mpa。由公式Ρ = σ X A計(jì)算得出需要對(duì)粘接試件兩端施加的試驗(yàn)載荷幅值Ρι = 1250Ν，Ρ2 = 1870Ν。依據(jù)側(cè)窗結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)載荷譜與試驗(yàn)載荷幅值P1、P2繪制粘接試件的動(dòng)態(tài)載荷譜，其中取?:靜載荷作用時(shí)間為20!11；[11，則?2靜載荷作用時(shí)間為10111；[11，如圖11所示。
[0058]依據(jù)PV1200交變氣候測(cè)試條件和動(dòng)態(tài)載荷譜對(duì)粘接試件建立粘接試件溫度循環(huán)-濕度循環(huán)-動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，其中的動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)Q選取10組循環(huán)。每組對(duì)動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)取100次、200次、300次、400次、500次、600次、700次、800次、900次、1000次；
[0059]粘接10組試件，定義每組粘接試件為R1、R2,---,R1,每組包含1個(gè)粘接試件，通過輔助試驗(yàn)裝置對(duì)粘接試件進(jìn)行粘接。
[0060]按照交變氣候測(cè)試條件與10組不同動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)對(duì)10組粘接試件進(jìn)行溫度循環(huán)-濕度循環(huán)-動(dòng)態(tài)載荷循環(huán)耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后使用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)粘接試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得每個(gè)粘接試件在耦合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后的剩余強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)束后，排除個(gè)別無效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并取每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為該動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)下的粘接試件剩余強(qiáng)度T131組粘接試件對(duì)應(yīng)的剩余強(qiáng)度分別為T1 = GJMpa，T2 = 6.1Mpa，T3 = 5.8Mpa，T4 =
5.3Mpa，Τδ = 5.0Mpa，T6 = 4.9Mpa，T7 = 4.7Mpa，Ts = 4.2Mpa，Tg = 3.6Mpa，T1 = 3.2Mpa。以動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q為自變量，剩余強(qiáng)度T為因變量，擬合曲線得到函數(shù)關(guān)系式T = 6.645-
0.0032 XQ，擬合曲線如圖12所示。
[0061]提取高速動(dòng)車組不同運(yùn)行里程L的待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠條，選取高速動(dòng)車組運(yùn)行2000、4000、6000、8000、10000、12000、14000、16000、18000、20000、公里時(shí)側(cè)窗結(jié)構(gòu)上的粘接膠條，通過拉伸試驗(yàn)測(cè)試膠條的剩余強(qiáng)度為T/ =6.0Mpa，lV =5.8Mpa，iy =5.3Mpa，T/=5.0Mpa,Tb =4.6Mpa ,?β/ =4.4Mpa,Τγ7 =4.1Mpa, Ts7 = 3.9Mpa,Tg7 = 3.6Mpa,T17 =
3.5Mpa。擬合曲線建立待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠條剩余強(qiáng)度f與高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)L之間的老化關(guān)系曲線Iv =6.305-1.514E(-4)XL，擬合曲線如圖13所示。
[0062]通過將T = 6.645-0.0032XQ 與 Iv =6.305-1.514E(_4) X L 之間的函數(shù)關(guān)系聯(lián)立，使T = Iv，初步建立行駛里程L和在交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q之間的近似*€L = 21.136XQ-2245.706。
[0063]盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、獲取動(dòng)車組行駛?cè)掏？空緮?shù)A、穿越隧道數(shù)B，以及待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力~和穿越隧道時(shí)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力ob; 步驟二、制作多組試驗(yàn)粘接試件，并對(duì)試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行溫度循環(huán)濕度循環(huán)耦合試驗(yàn)，加載使試驗(yàn)粘接試件的膠層連續(xù)受到應(yīng)力和應(yīng)力％作用的交變載荷，并且兩個(gè)應(yīng)力作用時(shí)間的比為A/B;其中，每組試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行不同的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)； 步驟三、對(duì)上述試驗(yàn)粘接試件分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)量每組試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度，并根據(jù)每組試驗(yàn)粘接試件的循環(huán)次數(shù)，擬合出試驗(yàn)次數(shù)與試驗(yàn)粘接試件剩余強(qiáng)度之間的函數(shù)； 步驟四、選取高速動(dòng)車組運(yùn)行不同公里時(shí)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)上的粘接膠條，根據(jù)拉伸試驗(yàn)測(cè)試膠條的剩余強(qiáng)度，擬合曲線建立膠條剩余強(qiáng)度與高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)之間的關(guān)系; 步驟五、令膠條的剩余強(qiáng)度等于粘接試件的剩余強(qiáng)度，得出高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)和試驗(yàn)次數(shù)的函數(shù)關(guān)系； 步驟六、獲取高速動(dòng)車組駛里程，根據(jù)高速動(dòng)車組駛里程與試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算得到試驗(yàn)粘接試件交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)次數(shù)Q; 步驟七、對(duì)試驗(yàn)粘接試件進(jìn)行交變氣候測(cè)試條件下動(dòng)態(tài)載荷譜循環(huán)試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)為Q，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度T，所述試驗(yàn)粘接試件的剩余強(qiáng)度TSP為高速動(dòng)車組粘接結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟A中，待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng)力03和穿越隧道時(shí)待預(yù)測(cè)粘接結(jié)構(gòu)膠層的最大工作應(yīng) 通過理論分析獲得。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟B中，通過對(duì)試驗(yàn)粘接試件分別施加拉力Pl = oaX S、P2 = ob X S以使試驗(yàn)粘接試件膠層受到應(yīng)力oa和應(yīng)力Ob作用，其中S為試驗(yàn)粘接試件膠層的面積。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟三中，擬合試驗(yàn)次數(shù)與剩余強(qiáng)度之間的函數(shù)時(shí)采用一階多項(xiàng)式擬合。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速動(dòng)車組的粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟四中，擬合剩余強(qiáng)度與高速動(dòng)車組運(yùn)行公里數(shù)之間的函數(shù)時(shí)，采用一階多項(xiàng)式擬合。
【文檔編號(hào)】G01M17/08GK106092619SQ201610403908
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】那景新, 譚偉, 秦國(guó)鋒, 范以撒, 賀午陽, 慕文龍, 劉偉濤, 郭守武, 劉浩壘, 袁正
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)