[发明专利]一种列车复合材料走行部界面裂纹分析方法及相关装置

说明书

本申请提供了一种列车复合材料走行部界面裂纹分析方法及相关装置，该方法包括：构建剪切应力的边界积分方程；将剪切应力的边界积分方程展开为一系列切比雪夫不等式，用伽辽金法展开为展开系数的线性代数方程组，用截断法进行数值计算，得到方程的数值解；通过计算出的方程的数值解，计算出与界面裂纹的大小有关的特征参数；根据计算出的特征参数与纤维和界面裂纹的大小、位置、分布和取向间的直接关系，判断纤维复合材料界面裂纹的半裂角大小，从而对损伤状态进行分析。本申请通过构建剪切应力的边界积分方程，求解该方程的数值解，并计算与界面裂纹的大小有关的特征参数，根据特征参数对裂纹进行分析，从而能够实现对裂纹的定量无损检测。

技术领域

本发明涉及列车走行部裂纹分析技术，尤其涉及一种列车复合材料走行部界面裂纹分析方法及相关装置。

背景技术

高速、安全、舒适成为当今高速铁路技术发展的重点，为了实现轻量化的目标，加上钢轨疲劳裂纹较多，地铁列车走行部开始采用大量纤维增强复合材料。为了实现对地铁列车复合材料走行部裂纹进行检测，亟需给出一种针对列车复合材料走行部界面裂纹的分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对裂纹进行定量无损检测的列车复合材料走行部界面裂纹分析方法及相关装置。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种列车复合材料走行部界面裂纹分析方法，包括以下步骤：

S1、构建方程，给出入射波场的表达式，将折射波场和散射波场表示为含有未知常数的无穷级数，通过将无穷级数代入连续性条件和边界条件求解出未知常数，得到剪切应力的边界积分方程；

S2、求解数值，将剪切应力的边界积分方程展开为一系列切比雪夫不等式，用伽辽金法展开为展开系数的线性代数方程组，用截断法进行数值计算，得到方程的数值解；

S3、计算特征参数，通过计算出的方程的数值解，计算出与界面裂纹的大小有关的特征参数；

S4、分析损伤状态，根据计算出的特征参数与纤维和界面裂纹的大小、位置、分布和取向间的直接关系，判断纤维复合材料界面裂纹的半裂角大小，从而对损伤状态进行分析。

在一实施例中，所述特征参数包括：动态应力强度因子、衰减系数和有效波速。

在一实施例中，所述步骤S1具体包括：

令纤维的半径为α，半裂角为β；

纤维增强复合材料经受时谐反平面剪切载荷时唯一的非零位移分量在垂直于界面方向由w表示，位移w满足以下简化波动方程

其中k＝ω/c和k_f＝ω/c_f是基体和纤维的剪切波数，ω是波频率，c和cf分别是基体和纤维的剪切波速度，通用项e^-iωt被隐藏；

应力分量和位移分量的关系为胡克定律

σ_3α＝μw_，α，r＞a (3)

σ_3α＝μ_fw_，α，r＜a (4)

其中μ和μ_f表示基体和纤维的剪切模量；