[发明专利]一种地铁隧道电缆支架疲劳可靠性的预测方法

权利要求书

1.一种地铁隧道电缆支架疲劳可靠性的预测方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

第一步：选取列车-轨道-隧道-地层系统模型的列车参数、轨道参数、隧道参数和地层参数中n个随机变量[X₁, X₂,... X_n]，指定疲劳寿命设计值并建立支架疲劳寿命的功能函数的表达式，确定n个随机变量服从各自的分布律、均值μ_i以及方差σ_i，随机选取一个疲劳寿命设计值作为当前疲劳寿命设计值；

第二步：根据响应面方法，生成n个随机变量的m个样本{[x₁⁽¹⁾, x₂⁽¹⁾,... x_n⁽¹⁾]、[x₁⁽²⁾, x₂⁽²⁾,... x_n⁽²⁾]、[x₁^(m), x₂^(m),... x_n^(m)]}，其中m为功能函数中待定系数的个数，然后随机选取一个样本作为当前样本；

第三步：根据所述当前样本的数值建立列车-轨道、隧道-土体、支架-电缆的有限元模型，选取轨道不平顺谱，通过时频域转换生成不平顺空间波形，根据不平顺空间波形，调整列车-轨道有限元模型中梁单元节点的纵坐标；

第四步：求解列车-轨道有限元模型，具体为：根据钢轨单元数目确定荷载步的步数，然后按照所述步数在轨道上将列车模型位置不断前进，每次前进的距离为一个梁单元长度，每前进一次，就求解当前的列车-轨道有限元模型并记录列车与轨道响应，即完成一次荷载步，并将记录的列车与轨道响应作为下一个荷载步的初始状态，待完成所有荷载步后，提取钢轨支座处反力时程；

第五步：对隧道-土体有限元模型进行分析，具体为：将所述第四步提取的钢轨支座处反力时程加到所述隧道-土体有限元模型上进行时程分析，求出模型中支架位置处节点的加速度时程；对支架-电缆有限元模型进行分析，将所述支架位置处节点的加速度时程作为输入求解支架的动力响应，获得支架根部节点幅值最大的应力时程；

第六步：运用雨流计数法对第五步获得的支架根部节点幅值最大的应力时程进行处理，提取应力幅和应力循环，做出S-N曲线，计算疲劳寿命值；

第七步：判断是否已对所有m个样本均进行了第三步~第六步的操作，如是，则根据得到的m个疲劳寿命值，拟合出疲劳寿命功能函数，进而根据当量正态化法或蒙特卡洛抽样方法求解功能函数的可靠度指标；否则将当前样本随机更新为不重复的样本后，返回第三步；

第八步：判断是否已对所有疲劳寿命设计值均进行了第三步~第七步的操作，如是，则计算出每一个疲劳寿命设计值对应的可靠度指标和失效概率，然后绘制出支架疲劳破坏的失效超越概率曲线；否则将当前疲劳寿命设计值更新为不重复的疲劳寿命设计值后，返回第二步。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道电缆支架疲劳可靠性的预测方法，其特征在于，所述第三步中的通过时频域转换生成不平顺空间波形，是基于选取的轨道不平顺谱，利用三角级数模拟法生成不平顺时域样本，再根据列车速度与位移关系将所述不平顺时域样本变换为不平顺空间波形。

3.根据权利要求1所述的地铁隧道电缆支架疲劳可靠性的预测方法，其特征在于，所述第三步中利用有限元软件ANSYS建立列车-轨道有限元模型，所述列车-轨道有限元模型中，在钢轨单元节点处设置竖向LINK180单元，并赋予LINK180单元受压不受拉的材料属性。