[发明专利]一种高铁齿轮箱体寿命分析预测中失效数据不足解决方法

说明书

本发明公开了一种高铁齿轮箱体寿命分析预测中失效数据不足解决方法，所述方法首先利用有限元仿真技术对高铁齿轮箱体进行有限元分析；其次利用齿轮箱体材料的旋转弯曲疲劳试验结果，分析其疲劳寿命的分布规律，并进行参数估计，建立齿轮箱体材料的SN曲线模型；最后结合齿轮箱体的有限元仿真数据和材料的疲劳试验数据进行齿轮箱体寿命分析预测。本发明以高铁齿轮箱体这类大型、载荷复杂、服役周期长的结构为对象，针对其失效数据不足的问题，从跨尺度的角度考虑，提出了一种高铁齿轮箱体寿命分析预测中失效数据不足的解决方法，为进一步进行齿轮箱体的疲劳寿命预测打下了基础，也为此类结构件的疲劳寿命分析提供了一种新的研究方法。

技术领域

本发明属于大型、载荷复杂、服役周期长的结构件的疲劳寿命分析预测技术领域，具体涉及一种高铁齿轮箱体寿命分析预测中失效数据不足解决方法。

背景技术

疲劳破坏现象往往会给人们带来灾难性的后果，因此对结构进行疲劳分析具有重要意义。据统计，机械设备或者结构的破坏有50％一90％与疲劳有关。在高速铁路蓬勃发展的今天，为使高铁运行更加安全，不得不去关注高铁的使用质量，这就使得对车体的疲劳寿命研究显得尤为重要。随着可靠性水平的不断提高，寿命评估面临着一个长寿命高可靠试样的评估问题。如果按照传统的寿命试验技术进行评估，则往往难于在可行的时间内完成。像车体随路面颠簸的这种振动，要造成疲劳破坏往往需要较长时间。从试验的经济性和试验周期的可行性考虑，我们无法直接从车体的原始振动去研究它的疲劳寿命。因此，需要利用仿真的手段获取疲劳破坏的实验数据。

随着计算机技术和数值计算方法的发展，CAE(Computer Aided Engineering)技术在高速列车产品的开发过程中发挥着越来越重要的作用。借助CAE强大的仿真功能，我们可以在产品设计初期，建立合理的有限元模型，然后对它进行一系列的仿真分析，找出设计中的缺陷和不足之处，加以改进或者优化，这样就可以大大缩短产品开发周期，节省大量的成本。同时，CAE仿真技术在试验阶段的应用效果也非常突出。我们的实物试验往往需要花费大量的试验成本，尤其是在疲劳破坏试验中，往往需要大量的试验数据，那就得消耗大量的成品零部件，这对于我们的企业来说，不利于降低产品价格，严重阻碍了产品的推广和普及。而借助于CAE技术，我们可以通过大量的仿真数据，建立我们需要的寿命与载荷之间的关系，在此基础上，我们只需要少数的几组实物试验就能达到我们想要的结果，大大的节省了实验成本，缩短了实验周期。

在高速列车服役的过程中，齿轮箱是高速列车的关键部件，在高速列车运行时受到各种各样的载荷，这些载荷使齿轮箱体容易受到疲劳损伤而失效。齿轮箱一旦发生故障，将会对整个机械设备的可靠运行造成最直接的影响。就高速铁路来说，若在行驶的过程中高铁齿轮箱发生了故障，将对车内人员的生命安全造成极大的威胁。开展高铁齿轮箱体服役安全研究，杜绝或减少脱轨事件的发生，是我国高速铁路健康、快速发展的关键，也是实现可持续发展的关键。

本发明以有限元仿真的手段分析CRH6型齿轮箱体的疲劳寿命。通过ANSYS仿真，建立齿轮箱体的疲劳寿命模型，结合有限元分析和传统数据分析，解决了齿轮箱体失效数据不足的问题，对结构的疲劳寿命分析提供一种新的研究方法，为进一步建立复杂系统服役安全评价模型打下基础。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高铁齿轮箱体寿命分析预测中失效数据不足解决方法，所述方法包括：

S1、对高铁齿轮箱体进行有限元仿真，包括齿轮箱体的模态分析和随机振动分析；

S2、进行齿轮箱体材料的旋转弯曲疲劳试验，分析其疲劳寿命分布情况，并进行参数估计，确定齿轮箱体材料的SN曲线模型；

S3、结合箱体有限元仿真数据和材料疲劳试验数据进行齿轮箱体疲劳寿命分析；

进一步地，所述S1中模态分析采用计算模态分析来获得模态参数，具体方法如下：