(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210669716.5 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 周劲松　王腾飞　孙文静　张展飞　 王秋实　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 蔡彭君 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种时变载荷下轨道车辆一系钢簧服役寿 命预测方法 (57)摘要 本发明涉及一种时变载荷下轨道车辆一系 钢簧服役寿命预测方法， 包括： 采集轴箱区域的 时变振动加速度； 合并测试数据形成新的特征通 道； 将特征通道分割为特征样本， 根据特征样本 的PSD估计开方值的分布特征， 利用正态容差上 限法与John son法归纳时变振动载荷的功率谱密 度； 基于时变振动载荷归纳谱， 预测轨道车辆一 系钢簧的服役寿命。 与现有技术相比， 本发明定 量表达了轨道车辆服役期间非正态时变振动载 荷的能量及其频域分布特性， 提高了轨道车辆一 系钢簧服役寿命的预测精度。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 115186372 A 2022.10.14 CN 115186372 A 1.一种时变载荷下轨道车辆一系 钢簧服役寿命预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 对轨道车辆进行测试， 采集轴箱区域的时变振动加速度， 得到原始数据集， 所述原 始数据集包括M ×N份测试数据， M表示轴箱区域的振动加速度测点数量， N表示对轨道车辆 的测试次数， X(m,n)表示第n次测试时测点m对应的测试数据， 所述测试数据的长度为 length， M>1， N>1， m＝1、 2、 …、 M， n＝1、 2、…、 N； S2、 遍历原始数据集中的测试数据， 若两份测试数据满足预设置的合并条件， 则将其合 并为一份新的测试数据， 重复此步骤直至 没有满足合并条件的测试数据， 得到通道数据集， 所述通道数据集包括P个特征通道， 表示特征通道p下第q份测试数据， p＝1， 2， …， P， q＝1， 2， ...， NP， NP表示特征通道p的测试数据份数， NP>0， 特征通道p的容量QP＝NP× length； S3、 遍历通道数据集中的特征通道， 将特征通道按照预设置的步长Δw分割为多个特征 样本， 分别对每个特征样本进 行PSD估计， 分别计算每个特征通道在各个谱线处的功 率谱密 度上限值， 其中， 表示特征通道p在谱线k处的功率谱密度上限； S4、 选取所有特征通道中各谱线处最大值作为归纳谱值， 即得到轴 箱区域时变振动加速度归纳谱， 其中， 表示谱线k处的归纳谱值； S5、 以时变振动加速度归纳谱作为轨道车辆一系钢簧疲劳分析载荷谱， 通过轨道车辆 一系钢簧 结构的有限元模型， 求解应力功率谱密度Gσ(f)， 基于应力功率谱密度Gσ(f)求解轨 道车辆一系 钢簧的服役寿命。 2.根据权利要求1所述的一种时变载荷下轨道车辆一系钢簧服役寿命预测方法， 其特 征在于， 步骤S2具体为： S21、 分别计算每 份测试数据的均值和方差； S22、 自原始数据集中获取两份测试数据， 记为测试数据a和测试数据b， 若二者足预设 置的合并条件， 则 执行步骤S23， 若不满足， 则重复步骤S22， 直至原始数据集中任意两份测 试数据都不满足合并条件； S23、 在原始数据集中删除测试数据a和测试数据b， 将二者合并后得到的新的测试数据 放回原始数据集， 执 行步骤S2 2。 3.根据权利要求2所述的一种时变载荷下轨道车辆一系钢簧服役寿命预测方法， 其特 征在于， 步骤S21中， 测试 数据X(m,n)的均值和方差的计算过程如下： 将长度为length的测试数据X(m,n)拆分为L份， L为预设置的参数值， 得到数据集合{X (m,n)1、 X(m,n)2、…、 X(m,n)L}， 分别计算X(m,n)1、 X(m,n)2、…、 X(m,n)L的均方根， 得到数据 集合{Rms(m,n)1、 Rms(m,n)2、…、 Rms(m,n)L}， 将数据集合{Rms(m,n)1、 Rms(m,n)2、…、 Rms(m, n)L}的均值和方差作为测试 数据X(m,n)的均值 和方差S2(m,n)。 4.根据权利要求3所述的一种时变载荷下轨道车辆一系钢簧服役寿命预测方法， 其特 征在于， 步骤S2 2具体为： 自原始数据集中获取两份测试数据， 记为测试数据a和测试数据b， 构造统计量F(a,b) 和t(a,b)：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115186372 A 2其中， S2(a)和S2(b)分别表示测试数据a和测试数据b的方差， 和 分别表示测 试数据a和测试数据b的均值， 若F(a,b)和t(a,b)满足预设置的合并条件， 则执行步骤S23， 若不满足， 则重复步骤S22， 直至原始数据集中任意两份测试数据都不满足合并条件， 所述 合并条件为： 其中， α'为预设置的置信度。 5.根据权利要求4所述的一种时变载荷下轨道车辆一系钢簧服役寿命预测方法， 其特 征在于， 步骤S23中， 新的测试数据的长度为测试数据a和测试数据b的长度length(a)和 length(b)之和， 和 的平均值为新的测试数据的均值， S2(a)和S2(b)的平均值为 新的测试 数据的方差 。 6.根据权利要求1所述的一种时变载荷下轨道车辆一系钢簧服役寿命预测方法， 其特 征在于， 步骤S3中， 确定特 征通道p在谱线k处的功率谱密度上限的过程如下： S31、 按照预设置的步长Δw将容量为QP的特征通道p分为Nump个特征样本， Nump＝(QP/Δ w)； S32、 分别对每个特征样本进行功率谱密度估计， 并计算每个特征样本的PSD估计的开 方值； S33、 在谱线k处， 若特征通道p的Nump个特征样本的PSD估计开方值符合正态分布， 则按 照预设置的第一计 算过程计算 若符合非正态分布， 则按照预设置的第二计算 过程计 算 7.根据权利要求6所述的一种时变载荷下轨道车辆一系钢簧服役寿命预测方法， 其特 征在于， 第一计算过程如下： 首先计算 如下： 其中， 为特征通道p的Nump个特征样本的PSD估计的开方值在谱线k处的均值与均 方根， Z表示特征通道p的Nump个特征样本的PSD估计开方值的正态分布， Zβ为正态分布Z的β权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115186372 A 3