1.一種鋼軌疲勞壽命預(yù)估的方法,其特征在于,所述方法包括:
S1、選取鋼軌測試區(qū)域,以損傷力學(xué)方法為基礎(chǔ),通過有限元模型計(jì)算得到鋼軌的疲勞壽命的理論評估;
上述方法包括:
S2、根據(jù)材料疲勞實(shí)驗(yàn)得到的S-N曲線確定損傷力學(xué)損傷演化方程的參數(shù);
S3、將上述損傷力學(xué)壽命評估的理論方法在商用有限元軟件平臺上進(jìn)行二次開發(fā),形成鋼軌疲勞壽命評估的功能模塊;
S4、設(shè)置當(dāng)前材料損傷的初始狀態(tài)和疲勞載荷的加載步長;
S5、根據(jù)上述施加載荷,應(yīng)用S1中所述有限元模型進(jìn)行靜態(tài)分析,提取相應(yīng)的應(yīng)變場分布,并應(yīng)用S3中所述的鋼軌疲勞壽命評估模塊計(jì)算材料損傷演化并加以累積;
S6、判斷累積出的材料損傷度是否小于1;
S7、如果材料損傷度小于1,則以當(dāng)前載荷加載步長返回S5進(jìn)行加載循環(huán),直至鋼軌模型出現(xiàn)材料損傷度大于等于1的情況;
如果出現(xiàn)上述材料損傷度大于等于1的情況,按以下S8處理;
S8、經(jīng)過上述損傷累積,當(dāng)出現(xiàn)材料損傷度大于等于1的情況,則當(dāng)前載荷加載步數(shù)記為鋼軌初始疲勞壽命。
S9、在上述疲勞分析的基礎(chǔ)上,可將上述模型中材料損傷度大于等于1的部分刪除以模擬裂紋擴(kuò)展,刪除方法包括:將模型中材料損傷度大于等于1的部分相應(yīng)的有限元單元?dú)⑺?,并修改材料損傷度小于1的其余部分單元的剛度。
S10、預(yù)設(shè)損傷度達(dá)到1的單元數(shù)或損傷度達(dá)到1的區(qū)域大小,做為后繼疲勞破壞的判據(jù);
S11、在上述損傷分析過程中,每次發(fā)生模型材料損傷度大于等于1的情況時,均按照S9進(jìn)行處理并返回S5,直至S10所提出的判據(jù)得到滿足。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟S1的具體步驟包括:
采用如S1所述的損傷力學(xué)方法;
根據(jù)材料疲勞實(shí)驗(yàn)得到的S-N曲線確定損傷力學(xué)損傷演化方程的參數(shù);
將上述損傷力學(xué)壽命評估的理論方法在商用有限元軟件平臺上進(jìn)行二次開發(fā),形成鋼軌疲勞壽命評估的功能模塊;
在所述鋼軌上選擇一定長度的一段作為測試區(qū)域,劃分出多個網(wǎng)格單元;
設(shè)置鋼軌的材料屬性及其對應(yīng)的參數(shù)值,以及設(shè)置載荷/應(yīng)力邊界條件和位移邊界條件;其中,所述材料屬性包括彈性模量、泊松比和疲勞參數(shù);
綜上所述,建立有限元模型。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟S7中“以當(dāng)前載荷加載步長返回S5進(jìn)行加載循環(huán)”的具體步驟包括:
依據(jù)各損傷度小于1的離散單元的損傷度計(jì)算相應(yīng)的單元剛度,并修改各損傷度小于1的離散單元對應(yīng)的剛度,然后返回步驟S5。
4.一種鋼軌疲勞壽命預(yù)估的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:
模型模塊,用于在選取鋼軌測試的區(qū)域,將所選的測試區(qū)域劃分出多個網(wǎng)格單元,并設(shè)置鋼軌的材料屬性、載荷/應(yīng)力邊界條件及位移邊界條件,通過預(yù)設(shè)的有限元模型計(jì)算鋼軌的損傷演化和預(yù)估疲勞壽命;
載荷步長模塊,用于設(shè)定載荷步長,進(jìn)一步計(jì)算材料損傷累積;
損傷度計(jì)算/累積模塊,用于提取當(dāng)前所需分析的離散單元的損傷狀況,且根據(jù)所提取的當(dāng)前每一離散單元的應(yīng)力水平,計(jì)算出所提取的當(dāng)前每一離散單元的損傷度;
判據(jù)模塊,用于判斷所計(jì)算出的當(dāng)前每一離散單元的損傷度是否存在至少有一個大于1的情況;
模型修正模塊,用于殺死損傷度大于或等于1的離散單元,以模擬裂紋擴(kuò)展,將所述當(dāng)前各損傷度小于1的離散單元均作為后續(xù)所需分析的離散單元,在下一輪載荷歷程中進(jìn)行損傷累積;
壽命預(yù)估模塊,用于獲取所述當(dāng)前載荷加載步數(shù),并將所述獲取到的當(dāng)前載荷加載步數(shù)記為鋼軌疲勞壽命。