基于虛擬載荷譜的車橋結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算

基于虛擬載荷譜的車橋結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算一、前言

虛擬載荷譜時一種重要的疲勞分析方法，它能夠在不經(jīng)過實驗的情況下，對結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進行較為精確的估算。虛擬載荷譜能夠在復(fù)雜的工況下模擬不同荷載環(huán)境，并通過模擬的方式對車橋結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進行計算，該方法在車橋結(jié)構(gòu)的疲勞研究中得到廣泛應(yīng)用。

二、車橋結(jié)構(gòu)疲勞特點

車橋結(jié)構(gòu)在長期服役過程中沿著荷載方向受到往復(fù)加載，這在工程實際中稱為低周疲勞。車橋結(jié)構(gòu)的疲勞壽命是一個極其重要的問題，由于車橋結(jié)構(gòu)受力情況的復(fù)雜性，疲勞壽命的可靠估計對確保車橋結(jié)構(gòu)的安全運行、降低損壞率和延長使用壽命具有重要意義。

疲勞的特點是在循環(huán)荷載作用下，當載荷幅值超過一定的極限值后，結(jié)構(gòu)疲勞壽命將會急劇下降。因此，在車橋結(jié)構(gòu)疲勞分析中，需要針對車橋結(jié)構(gòu)的受力情況和荷載環(huán)境進行分析，并確定相關(guān)的疲勞參數(shù)，以便進行結(jié)構(gòu)疲勞壽命的預(yù)測。

三、虛擬載荷譜的分析方法

1、負載數(shù)據(jù)采集

在車橋結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用環(huán)境中，荷載的組成和荷載頻譜都非常復(fù)雜，因此在分析車橋結(jié)構(gòu)的疲勞壽命時，首先需要對荷載環(huán)境進行充分的了解，并進行相應(yīng)的荷載數(shù)據(jù)采集工作。

采集數(shù)據(jù)的方式可以是現(xiàn)場測試或計算機仿真。通過測試或仿真，可以獲取到不同組成的荷載數(shù)據(jù)，并進行處理，得到荷載頻譜。荷載頻譜是車橋結(jié)構(gòu)疲勞分析的重要參數(shù)之一，在分析中必須得到準確的荷載頻譜以便進行虛擬載荷譜的構(gòu)建。

2、虛擬載荷譜構(gòu)建

虛擬載荷譜是指在實驗數(shù)據(jù)、可靠性分析和經(jīng)驗公式等條件下，構(gòu)建出來的可以表示一段時間內(nèi)實際荷載情況的荷載頻譜。虛擬載荷譜并非是測量到的實際負載，但其能夠符合實際負載的荷載譜，是目前疲勞分析中取得成功的最廣泛且應(yīng)用最為普遍的方法之一。

虛擬載荷譜構(gòu)建方法一般有兩種：一種是基于荷載頻譜的組合法，另一種是基于統(tǒng)計方法的模擬法。

（1）基于荷載頻譜的組合法

該方法是在實驗頻譜和正態(tài)分布假設(shè)的基礎(chǔ)上建立的，常用于計算具有周期性質(zhì)的載荷。該方法按一定的時間間隔隨機組合不同的荷載頻譜，以達到模擬實際荷載作用的目的。

該方法的優(yōu)點是計算簡便、方法成熟、易于應(yīng)用，但其前提假設(shè)相對較多，在實際應(yīng)用中其適用范圍也比較有限。

（2）基于統(tǒng)計方法的模擬法

該方法是在正態(tài)分布的基礎(chǔ)上，以已知的參數(shù)建立微觀荷載分布模型，再通過微觀荷載的組合來得到在一定時間內(nèi)的所謂“虛擬荷載譜”。只要微觀分布模型的選擇合理，虛擬荷載譜的統(tǒng)計特性、力度大小正是由微觀模型參數(shù)所決定的。

該方法的優(yōu)點是對載荷進行了微觀建模，并且在統(tǒng)計學(xué)意義上是嚴格的，在實際應(yīng)用中其精度和適用范圍相對較廣。

3、疲勞壽命分析

車橋結(jié)構(gòu)的疲勞壽命分析是通過評估其所受循環(huán)載荷的影響，以確定某種類型的結(jié)構(gòu)在特定條件下的可用壽命。對于車橋結(jié)構(gòu)而言，它主要是通過疲勞損傷累積來描述疲勞壽命的，即在荷載循環(huán)作用下，結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)疲勞損傷增長的現(xiàn)象。

疲勞損傷的計算方法有多種，其中應(yīng)力控制下的循環(huán)彎曲疲勞試驗法常用于車橋結(jié)構(gòu)疲勞分析中。該方法是通過將實際載荷轉(zhuǎn)化為等效載荷，然后使用疲勞試驗機進行彎曲疲勞試驗，最后根據(jù)試驗所得數(shù)據(jù)估計車橋結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

四、結(jié)論

虛擬載荷譜是目前車橋結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析中比較常用的方法之一。通過分析荷載頻譜及其統(tǒng)計特性，構(gòu)建虛擬