[实用新型]一种高速列车车体应力测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅传感技术、光纤信号解调、数据存储和监测数据远程传输，以及名义应力和结构应力的测试方法，特别是一种应用在高速列车上的车体应力测试装置及其工作方法。

背景技术

随着高速列车技术的快速发展，高速列车的速度也越来越快，国内高铁最高运营速度已达到350KM/h。许多设备吊挂在设备舱内，这些设备尺寸体积大，且承受的载荷相当复杂，既有车体结构牵连的振动载荷，也有设备本身的振动载荷；既有复杂的气动载荷，也有复杂的温度载荷。而且，这些载荷主要由焊接接头、螺栓组承担。当服役环境变糟时，其中任何一个焊缝、任何一个螺栓组的结构疲劳失效，都可能给动车组的服役安全带来灾难性的打击，其后果不堪设想。

在运行速度不断提高的同时，车体运行工况也更加复杂苛刻。由于高速列车车体为焊接结构，而焊缝的抗疲劳能力远低于母材，疲劳失效总是从焊缝上开始，因此，通过试验监测获得焊缝处的名义应力以及结构应力数据，进而依据相关标准评价其疲劳寿命，这对高速列车车体焊接结构的可靠性评估至关重要。

为了达到上述能力要求，人们也试图基于电信号、有源传感技术开展测试研究。以下专利均涉及车体应力测试技术：

1.一种光纤光栅传感应力测试装置(南阳二机石油装备(集团)有限公司，何军国)；专利号:CN200520005985。

2.管桩光纤光栅传感器测试系统(建研地基基础工程有限责任公司，秋仁东)；专利号:CN201220619757。

3.一种静压高强预应力混凝土管桩桩身应力测试方法(青岛理工大学，白晓宇)；专利号:CN201310474553。

4.一种非金属抗浮锚杆杆体应力测试装置(青岛理工大学，张明义)；专利号:CN201310474100。

5.煤矿井下一孔多点光纤光栅钻孔应力测试装置(煤炭科学技术研究院有限公司，欧阳振华)；专利号:CN201320633874。

6.一种水下压力综合试验装置(中国电子科技集团公司第三研究所，张晓灿)；专利申请号:CN201410658318。

7.路基沉降监测系统(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，张千里)。专利申请号:CN201410669316。

但已有技术面临着以下困难：

(1)由于车下设备舱吊座较多，监测系统需要大量应变传感器来构成一个复杂的网络系统，因此，一个车厢上的监测网络可能要有近百个传感器来构成，这必然要求有一个很大的走线安装空间，这会使本已空间狭小的设备舱更加拥挤，布线混乱，对维修人员正常的车下设备舱作业造成严重影响。

(2)更重要的是，由于高速列车运营过程中本身高强度的电磁场的存在，以及周围环境中电磁信号的干扰，使得传统电测量测试获得的信号误差非常大。

(3)高速列车车体应力测试需要长期测试车下典型吊挂设备在长大交路长期运营条件下(含不同速度、不同线路、不同季节)的动应力变化趋势，并结合轮对踏面磨耗形状变化分析动车组运用过程中的车下吊挂设备应力幅值变化规律，研究设备舱典型部位处的受力变化，获得车下悬挂结构的实际载荷谱，对车下悬吊设备及设备舱的可靠性进行评估。这就要求监测系统具有列车速度、运行线路、环境温度的数据采集功能，而传统的基于电信号、有源传感技术的测试系统不完全具备上述功能。

(4)传统的测量装置(电测量测试、光纤光栅)多为测试测点的名义应力，获得数据后基于IIW标准进行评估。IIW标准中只规定了部分焊接接头搭接形式，难以对高速列车众多的复杂焊接接头进行评估，对于其他未规定的焊缝形式则无有效的解决办法。作为焊接结构疲劳评估的有效方法结构应力法(ASME2007)，虽然已被用于轨道交通装备的疲劳寿命评估上，但是还未有采用光纤光栅技术的测试系统能够采集结构应力用于高速列车车体的可靠性评估。

现有的光纤光栅传感应力测试装置一般包括光纤光栅传感器阵列、光纤光栅解调器、光纤和计算机。通过测试点附近的传感器将测试信号传输至计算机进行分析，得出应力结果。但所得应力是测点的名义应力，需要基于相关标准(如IIW)进行评估。然而，IIW标准中只规定了部分焊接接头搭接形式，难以对高速列车众多的复杂焊接接头进行评估，对于其他未规定的焊缝形式则无有效的解决办法。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种能够节省空间、抗电磁干扰、采集列车运行速度和环境温度数据，并能够测试测点名义应力及结构应力的高速列车车体应力测试装置及其工作方法。