高速列车转向架结构损伤一致载荷谱建立方法与试验验证

转向架结构载荷谱是进行高速列车结构可靠性设计和试验评估的重要基础，现有转向架结构强度技术规范和标准未能完全覆盖国内高速动车组运用工况。本项目拟研究覆盖高速列车结构变形特征的载荷谱基本力系构成模式，研究建立与载荷谱基本力系对应的分立载荷谱和收敛准则；研究载荷测试与识别有效方法，线路实测典型线路全工况和完整运用周期的转向架载荷和动应力时间历程；研究适用于复杂结构载荷谱的损伤一致性校准方法，建立复杂弹性结构载荷谱普适性编谱理论与方法体系，获得高速列车转向架构架损伤一致载荷谱并进行载荷谱试验验证。本项目不仅可将国际上现有构架可靠性试验评定标准和设计规范从定性层面提升至定量层次，进一步确保高速动车组运用安全、满足铁路运输发展需要等均具有十分重要的意义。

载荷是结构可靠性研究的基础。高速列车转向架构架因其复杂的结构形式和多独立载荷承载方式，其载荷谱研究有相当难度。列车在高速运行条件下，外界激扰频率接近或超过转向架关键部件最低阶弹性固有频率时，有可能产生比较强烈的结构弹性振动，此时结构载荷与疲劳损伤的关系与静态情况相比又可能有较大区别。本项目针对高速列车转向架构架结构损伤一致载荷谱构建理论与试验验证进行研究，并对构架结构准静态载荷谱与考虑动态影响的载荷谱进行了比较。.本项目首次构建了覆盖高速列车转向架构架结构准静态变形模式和弹性动态变形模式的载荷谱基本力系。.本项目研究了构架结构准静态载荷测试法以获得结构准静态载荷。设计制作了可应用于线路实测的高速列车转向架测力构架，并完成了测力构架的台架标定试验。建立了构架结构准静态载荷耦合模型。线路实测获得构架与准静态基本力系对应的准静态载荷–时间历程。.本项目研究了构架结构载荷不适定问题，建立了构架与弹性动态变形模式对应的动态基本力系。验证表明构建的构架动态基本力系能够表征结构的弹性动态变形特性。建立了与构架动态基本力系对应的动态载荷谱构建方法，并由线路实测数据获得了构架结构动态载荷–时间历程。.借助损伤一致性编谱准则与遗传算法，本项目研究了高速列车转向架构架结构载荷谱损伤一致校准。校准载荷谱对应损伤完全覆盖了服役条件下构架的实际损伤，满足了损伤一致性的安全要求，同时提高了计算效率。. 本项目研究线路跟踪测试方法，提出了复杂结构详细、有效的布片和测试方案，测点位置与焊缝焊趾关系以及合理的应变片组桥方式等，研究了测试电路组桥消除各种干扰原理和方法，布置合理电缆走行线路获得线路测试抗电磁干扰能力和方法，主动绝缘技术和密封技术等，研究了海量数据下载和传输方法，提出了提高车辆测试和运用中信号传输可靠性和效率方法等。.本项目将研究得到的高速列车转向架构架结构载荷谱构建方法应用于京沪高铁客运专线区间段，讨论了线路实测下构架结构载荷动态特性。结论表明线路激扰对转向架构架载荷具有显著影响。.基于大量的线路跟踪测试结果，本项目提出某型动车组转向架构架实验载荷谱。实验载荷谱解决了既有规范或者标准对构架疲劳考核不足问题，使得构架室内疲劳考核结果更为合理和准确。