[发明专利]一种地铁隧道电缆支架疲劳可靠性的预测方法

摘要

本发明公开了一种地铁隧道电缆支架疲劳可靠性的预测方法，考虑模型参数的不确定性，利用响应面方法生成参数样本。根据参数样本建立有限元模型，将轨道不平顺谱转换成不平顺空间波形，用于调整模型中钢轨节点坐标。钢轨节点设置竖向受压不受拉单元，用于模拟轮轨接触。依次建立列车‑轨道、隧道‑土体、支架‑电缆模型并求解，得到支架根部节点幅值最大的应力时程。运用雨流计数法计算疲劳寿命。根据参数样本和疲劳寿命值拟合出响应面并计算出可靠度指标。据此可指定一系列疲劳寿命目标值，计算相应的可靠度指标，从而绘制出支架的失效超越概率曲线。

主权项

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,... Xn]，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μi以及方差σi，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),... xn(1)]、[x1(2), x2(2),... xn(2)]、[x1(m), x2(m),... xn(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。