疲勞S-N曲線是高速動車組結(jié)構(gòu)設(shè)計中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。降低樣本數(shù)據(jù)的離散性和提高壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性一直是鐵路車輛結(jié)構(gòu)長壽命安全可靠服役的熱點研究課題,經(jīng)典的樣本信息聚集原理（Sample polymerization principle,SPP）能夠確保小樣本疲勞數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理的準(zhǔn)確性,但在壽命估算的可靠性上還有改進(jìn)空間。通過參數(shù)搜索的優(yōu)化建立應(yīng)力與標(biāo)準(zhǔn)差之間的關(guān)系,實現(xiàn)不同應(yīng)力水平下標(biāo)準(zhǔn)差的最優(yōu)取值,從而提出一種新的基于SPP的概率疲勞S-N曲線擬合方法。研究結(jié)果表明,與成組法相比,基于（X-x-x-x）型數(shù)據(jù)的疲勞P-S-N曲線的斜率和截距的相對誤差小于3%,估算壽命僅為成組法5%;在處理（x-x-x-x）型數(shù)據(jù)時,估算壽命約為傳統(tǒng)方法的0.1%。在應(yīng)用于高速列車焊接結(jié)構(gòu)時,改進(jìn)方法充分考慮了因焊接缺陷引入的離散性,預(yù)測的疲勞壽命更加可靠與合理。由此可見,改進(jìn)的SPP以及標(biāo)準(zhǔn)差參數(shù)尋優(yōu)技術(shù)不僅可以確保小樣本數(shù)據(jù)的擬合精度,而且能夠獲得更加可靠的疲勞P-S-N曲線,工程應(yīng)用中得到更保守的預(yù)測結(jié)果。 

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報. 2019,55(04)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

(X-x-x-x)型數(shù)據(jù)的處理流程

猓??疲勞P-S-N曲線擬合時，與傳統(tǒng)方法相比，考慮到小試樣不同應(yīng)力下分散性的不同，改進(jìn)的SPP擬合的全尺寸車軸P-S-N曲線不再相互平行而是呈現(xiàn)開口向下的喇叭口狀，即隨著應(yīng)力值的降低，疲勞壽命的分散性在逐漸增加，這與實際相符，即擬合的全尺寸車軸P-S-N曲線更加準(zhǔn)確。3高鐵車軸結(jié)構(gòu)車軸是高速動車組最重要的安全臨界部件。為了驗證改進(jìn)方法的準(zhǔn)確性與可靠性，本節(jié)首先將改進(jìn)的擬合方法與線路實測載荷譜相結(jié)合，預(yù)測出全尺寸EA4T鋼車軸的疲勞壽命。而標(biāo)準(zhǔn)小試樣在高鐵車軸上的取樣如圖6所示。圖6高周疲勞試樣的取樣位置

[19]。表4車軸鋼EA4T疲勞數(shù)據(jù)的σlgSD與CVSD疲勞極限標(biāo)準(zhǔn)差σlgSD變異系數(shù)CVSD0.0210.0480.0330.0750.0450.1030.0570.131由表3中的數(shù)據(jù)可知，拐點處疲勞極限的標(biāo)準(zhǔn)差為σlgSD=0.0314，對應(yīng)的變異系數(shù)為CVSD=0.0678。由表4得到，當(dāng)σlgSD=0.0314時，對應(yīng)的變異系數(shù)CVSD=0.0722。變異系數(shù)的相對誤差為6.04%，充分說明該方法預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。若將高周疲勞區(qū)間數(shù)據(jù)按照下式擬合lglglgppppSCbN(8)結(jié)合圖8，當(dāng)存活率為97.5%時，兩種方法求得的疲勞S-N曲線相關(guān)系數(shù)如表5所示。表5兩種方法預(yù)測的疲勞S-N曲線系數(shù)參數(shù)方法小試樣、存活率為97.5%全尺寸車軸、存活率為97.5%截距斜率截距斜率成組法2.8680.05392.9620.0852改進(jìn)方法2.8710.05532.9650.0866相對誤差0.104%2.532%0.101%1.617%由表5可得，當(dāng)小試樣或者全尺寸車軸疲勞數(shù)據(jù)的存活率為97.5%時，利用成組法和改進(jìn)方法預(yù)測的疲勞S-N曲線斜率的相對誤差小于3%，截距的相對誤差小于1%，充分說明采用改進(jìn)方法處理(X-x-x-x)型數(shù)據(jù)的正確性與可靠性。3.2.2基于實測載荷譜的壽命預(yù)測根據(jù)式(7)進(jìn)行車軸疲勞壽命估算時，需要判斷載荷譜中載荷與疲勞極限的大小關(guān)系。故將圖8中斜率修正后的疲勞P-S-N曲線與載荷譜進(jìn)行比較得到圖9。由圖9可知，載荷譜的峰值應(yīng)力低于兩種方法算得的疲勞極限，式(7)進(jìn)一步簡化為criD1iDkkiiDSSDnSSN(9)圖9疲勞P-S-N曲線與載荷譜的比較對于存活率為97.5%的全尺寸車軸，原始方法對應(yīng)得車軸壽命為1.82×1012萬

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3320323