• ISSN 0258-2724
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城际动车组车轴应力谱的极值推断

丁然,李强,王文静

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丁然, 李强, 王文静. 城际动车组车轴应力谱的极值推断[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(3): 634-639, 665. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190662
引用本文: 丁然, 李强, 王文静. 城际动车组车轴应力谱的极值推断[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(3): 634-639, 665.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190662
DING Ran, LI Qiang, WANG Wenjing. Extreme Value Inference of Axle Stress Spectrum for Intercity EMU[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 634-639, 665. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190662
Citation: DING Ran, LI Qiang, WANG Wenjing. Extreme Value Inference of Axle Stress Spectrum for Intercity EMU[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 634-639, 665.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190662

城际动车组车轴应力谱的极值推断

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190662
基金项目:国家重点研发计划(2016YFB1200404-08);中国铁路总公司科技研究开发计划(P2018J003-4)
详细信息
    作者简介:

    丁然(1989—),男,博士研究生,研究方向为疲劳可靠性理论,E-mail:12116339@bjtu.edu.cn

    通讯作者:

    李强(1962—),男,教授,博士研究生导师,研究方向为结构强度及疲劳可靠性理论,E-mail:qli3@bjtu.edu.cn

  • 中图分类号:U270

Extreme Value Inference of Axle Stress Spectrum for Intercity EMU

    • 摘要:为评估车轴的可靠性或扩展车轴的应力谱,需要预判车轴全寿命期内的最大应力. 首先,综合考虑推断精度和统计效率等因素,基于Sturges公式选取0.5 MPa为组距对实测车轴应力-时间历程进行雨流计数,得到车轴应力的经验累积分布函数. 其次,针对不同的门槛限值计算应力的经验均值超限函数,通过确定经验均值超限函数的拐点确定合理门槛限值. 然后,基于Pickands-Balkema-de Haan定理,利用广义帕累托分布拟合车轴应力的超限分布函数,并通过拟合分布外推车轴全寿命期内的最大应力. 最后,利用实测车轴应力数据进行了验证. 研究结果表明:为评估车轴寿命期内的最大应力,大约需要不少于 3000 km 的线路测试;基于13.5 t轴重实测数据推断的应力极值比基于14.1 t轴重计算的校核应力高出13%,因此完全按照设计轴重满载运营,需格外谨慎.

    • 图 1车轴测试截面位置

      Figure 1.Test sections on axle

      图 2各个截面的应力

      Figure 2.Stress of each section

      图 3不同分布概率密度市函数与累积分布函数的拟合效果

      Figure 3.Fitted probability density function and cumulative distribution function with different distributions

      图 4截面B应力分布的e(u)

      Figure 4.e(u) of stress distribution for sectionB

      图 5截面BFu(s) 拟合效果

      Figure 5.FittedFu(s) of sectionB

      图 6u取不同值时smax的变化

      Figure 6.smaxunder different values ofu

      表 1不同经验公式的组距计算结果

      Table 1.Calculated results by different empirical formulas

      公式名 表达式 h/MPa
      Sturges $k = {\rm{ent} }({\log _2}{n_{\rm{t}}}) + 1$ 0.50
      square-root $k = {\rm{ent} }({\sqrt n _{\rm{t}}})$ 0.30
      Scott $h = 3.5{\sigma _S} n_{\rm{t} }^{ - 1/3}$ 0.04
      Freedman-Diaconis $h = 2{Q_S} n_{\rm{t} }^{ - 1/3}$ 0.03
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      表 2截面B的分布拟合结果

      Table 2.Fitted results of sectionB

      分布 位置参数 尺度参数 形状参数 $\chi _{{\rm{LN}}}^2/{\chi ^2} $ smax/MPa
      正态 36.9 1.10 0.98 42.2
      对数正态 3.6 0.03 1.00 42.6
      两参数威布尔 37.20 36.3 0.52 39.9
      三参数威布尔 30.0 7.20 6.9 0.66 40.5
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      表 3各截面的实测最大值与应力的极值推断结果

      Table 3.Measured maximum values and extreme value inferences of each section

      截面 实测最大值/MPa $s_{\max }^*$/MPa $\hat \xi $
      A 44 52 0.086
      B 49 53 0.023
      C 75 98 0.002
      D 63 67 −0.350
      E 75 78 −0.460
      F 48 52 −0.140
      G 43 47 −0.110
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      表 4 $s_{\max }^*$ 与校核应力的对比

      Table 4.Comparison between $s_{\max }^*$ and allowable stresses MPa

      截面 $s_{\max }^* $ 轴重/t
      17.0 14.1 13.5
      A 52 60 50 48
      B 53 56 47 45
      C 98 103 86 83
      D 67 94 80 77
      E 78 103 86 83
      F 52 56 47 45
      G 47 60 50 48
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    出版历程
    • 收稿日期:2019-07-29
    • 修回日期:2019-09-23
    • 网络出版日期:2019-10-23
    • 刊出日期:2021-06-15

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