高速动车组横梁应变场光纤测量与反演研究

针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配置的数学模型,再根据模态坐标和振型采用正则化方法反演结构应变场。仿真计算结果表明,无噪声干扰下,反演的精度较高,最大均方误差为9.87×10^-12,并且正则化方法可以有效抑制噪声对结果的影响。搭建了基于光纤光栅传感系统的测试试验台,基于实测应变数据和模态结果反演应变场,结果表明,反演后的应变幅值相对误差带为1.21%～10.79%,反演数据和实测数据的均方误差带为0.80～3.69。该方法能够准确识别结构的模态坐标,为获取高速列车关键结构的应变场分布提供参考。     

高速列车齿轮箱动应力分布特性研究

通过在标准动车组齿轮箱关键部位布置应变传感器获得齿轮箱动应力时间历程曲线，结合GPS信号分析高、低速直线运行，牵引状态变化和转矩波动工况下齿轮箱动应力的变化规律。利用雨流计数法统计齿轮箱动应力幅值，并采用核密度估计函数和威布尔分布函数对其进行拟合分析。在此基础上提出组合分布函数来推断动应力最大值并编制动应力扩展谱，最后根据Miner线性累积损伤理论得到不同应力等级对齿轮箱疲劳损伤的贡献量。结果表明，列车运行速度、电机输出转矩对齿轮箱动应力幅值均有不同程度的影响；依据基于核密度函数和威布尔分布函数提出的组合分布函数，求解得到齿轮箱端部动应力最大值为25.43 MPa；根据采用组合分布概率密度函数编制的齿轮箱动应力扩展谱，得到齿轮箱端部在9～17 MPa的应力所产生的疲劳损伤比重约占全部损伤的71.3%，因此在齿轮箱疲劳损伤评估时应关注结构中作用频次高的应力幅值，避免齿轮箱结构的早期疲劳失效。