本發(fā)明屬于材料性能評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說(shuō)，涉及一種預(yù)測(cè)軌道交通車(chē)輛用橡膠堆材料壽命的方法。
背景技術(shù)：
：橡膠材料在軌道車(chē)輛上得到大量的應(yīng)用，軌道車(chē)輛用橡膠材料具有密封、阻尼減震等功能，這些功能會(huì)由于橡膠材料的性能隨時(shí)間老化而逐漸非常變化，對(duì)車(chē)輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。針對(duì)軌道車(chē)輛用橡膠材料進(jìn)行老化因素分析，對(duì)其壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，這將為更好的發(fā)揮材料的性能，為材料的全周期管理提供堅(jiān)實(shí)的保證。橡膠堆安裝于各種車(chē)輛轉(zhuǎn)向架與車(chē)體之間及轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)上的橡膠彈性定位、支撐和連接元件，具有很好的橫向撓性，較大的垂直壓縮特性和較小的橫向剪切特性，主要用于機(jī)車(chē)懸掛，起減震和緩沖作用。中國(guó)專(zhuān)利CN0102589976A《基于橡膠常溫和高溫應(yīng)力松弛測(cè)試設(shè)備的橡膠貯存壽命預(yù)測(cè)模型》，采用應(yīng)力松弛測(cè)試裝置，采集得到應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)與老化時(shí)間的關(guān)系及速率常數(shù)與老化溫度之間的關(guān)系。利用逼近法和線性回歸方法以及MATLAB編程軟件，得到擬合模型方程中的各個(gè)系數(shù)，并根據(jù)相關(guān)方法判定線性回歸效果?？稍诮o定的溫度和應(yīng)力松弛臨界值下確定橡膠壽命的預(yù)測(cè)值。但該方法僅能用來(lái)預(yù)測(cè)基于壓縮永久變形單一參數(shù)的壽命估算模型橡膠材料預(yù)測(cè)。中國(guó)專(zhuān)利CN102601881A《一種橡膠硬度的在線質(zhì)量監(jiān)控和預(yù)測(cè)模型更新的方法》，根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)建硬度在線預(yù)測(cè)模型，并且計(jì)算報(bào)警線、警告限和選擇限；將隨變參數(shù)新樣品輸入硬度在線預(yù)測(cè)模型中，自動(dòng)輸出橡膠硬度值；該發(fā)明通過(guò)不斷的對(duì)模型進(jìn)行更新，從而得到精確的橡膠硬度值。該方法用于在線質(zhì)量監(jiān)控，其預(yù)測(cè)模型無(wú)法解決壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題。中國(guó)專(zhuān)利CN104568603A《橡膠密封件使用說(shuō)明的工況仿真預(yù)估方法》提出了一種橡膠密封件使用壽命的工況仿真預(yù)估方法。通過(guò)試驗(yàn)條件選取與試樣制備，性能參數(shù)測(cè)試與曲線繪制，實(shí)現(xiàn)仿真高溫加速測(cè)試與壽命預(yù)估。采用永久變形主曲線確定加速系數(shù)，用實(shí)際工況的加速試驗(yàn)確定失效時(shí)間。該發(fā)明僅能用來(lái)預(yù)測(cè)基于壓縮永久變形單一參數(shù)的橡膠密封件壽命的預(yù)測(cè)。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01010298637.5的中國(guó)專(zhuān)利《一種預(yù)測(cè)粘彈性材料振動(dòng)疲勞性能的方法》發(fā)明了一種預(yù)測(cè)粘彈性材料振動(dòng)疲勞性能的方法。該發(fā)明利用熱機(jī)械分析儀的振動(dòng)疲勞測(cè)試模塊，獲得粘彈性材料在特定溫度、變形幅度以及變形方式下的多輪次振動(dòng)疲勞下的力值、剛度、動(dòng)態(tài)模量以及損耗因子等數(shù)據(jù)，研究粘彈性材料在上述條件下的長(zhǎng)周期的性能變化規(guī)律。分析測(cè)試溫度、變形幅度、振動(dòng)疲勞周期等對(duì)粘彈性材料性能的影響規(guī)律，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)粘彈性材料在實(shí)際環(huán)境下的振動(dòng)疲勞特性，預(yù)測(cè)材料老化壽命。該方法僅能預(yù)測(cè)橡膠振動(dòng)疲勞壽命。有鑒于此，特提出本發(fā)明。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明旨在提供一種采用雙參數(shù)對(duì)軌道交通車(chē)輛橡膠堆進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法使用雙參數(shù)對(duì)比來(lái)選取適用于壽命預(yù)測(cè)的最佳參數(shù)，大大提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種預(yù)測(cè)軌道交通車(chē)輛用橡膠堆材料壽命的方法，包含如下步驟：(1)根據(jù)要預(yù)測(cè)的軌道車(chē)輛橡膠堆材料的應(yīng)用場(chǎng)合，確定正常使用條件下的溫度下的拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形；根據(jù)上述確定的溫度和性能參數(shù)，作為分析預(yù)測(cè)堆橡膠材料壽命的數(shù)學(xué)模型的重要參數(shù)。(2)制備橡膠堆材料試驗(yàn)樣品，分為加速老化組和常溫老化組；(3)在加速老化組試驗(yàn)中，對(duì)未經(jīng)老化的橡膠堆材料進(jìn)行步驟(1)所述拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)性能測(cè)試；設(shè)置加速老化組的老化時(shí)間和老化溫度，對(duì)橡膠堆材料進(jìn)行老化，并對(duì)老化后的材料進(jìn)行步驟(1)的拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)測(cè)試；(4)根據(jù)步驟(3)所述的性能測(cè)試，對(duì)拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)進(jìn)行線性擬合，分別得到拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)與加速老化時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)加速老化組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)與加速老化時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，為預(yù)測(cè)堆橡膠壽命做準(zhǔn)備。(5)在常溫老化組試驗(yàn)中，對(duì)未經(jīng)老化的橡膠堆材料按照步驟(3)所述拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)進(jìn)行性能測(cè)試；設(shè)置常溫老化組的老化時(shí)間和老化溫度，對(duì)橡膠堆材料進(jìn)行老化，并對(duì)老化后的材料按照步驟(3)所述的拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)參數(shù)進(jìn)行性能測(cè)試；(6)根據(jù)步驟(5)所述的性能測(cè)試，對(duì)拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，分別得到拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)與常溫老化時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)常溫老化組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立加速老化組試驗(yàn)中拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)與常溫老化時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，為預(yù)測(cè)堆橡膠壽命做準(zhǔn)備。(7)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合確定橡膠堆材料如步驟(3)所述的拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)數(shù)值，將數(shù)值代入步驟(4)所述的數(shù)學(xué)模型，分別計(jì)算得出拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形參數(shù)對(duì)應(yīng)的加速老化時(shí)間，根據(jù)判定方法選擇加速老化時(shí)間和其對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)；(8)取步驟(7)所述經(jīng)判定方法選擇的加速老化時(shí)間和其對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)數(shù)值，代入步驟(6)所述的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算得出常溫老化時(shí)間，即為軌道車(chē)輛橡膠堆的壽命。根據(jù)判定方法從加速老化數(shù)學(xué)模型中選擇更能預(yù)測(cè)堆橡膠壽命的性能參數(shù)值，代入常溫老化數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算得出的時(shí)間即為該堆橡膠材料的預(yù)測(cè)壽命。由于加速老化試驗(yàn)將試樣處于相對(duì)極端的環(huán)境，因此在此環(huán)境下達(dá)到不同參數(shù)性能值需要的時(shí)間就會(huì)有所差異，相比選擇加速老化時(shí)間較長(zhǎng)的性能參數(shù)，選擇加速老化時(shí)間最短的性能參數(shù)可以更好地體現(xiàn)堆橡膠材料的壽命。本發(fā)明的進(jìn)一步方案為：步驟(7)所述的性能參數(shù)數(shù)值與步驟(1)所述的正常使用條件下的性能參數(shù)數(shù)值相等。本發(fā)明的進(jìn)一步方案為：步驟(2)中所述加速老化組采用的加速老化方法為熱空氣加速老化試驗(yàn)。加速老化試驗(yàn)可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)堆橡膠材料進(jìn)行性能表征測(cè)試，為材料壽命預(yù)測(cè)做出數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明的進(jìn)一步方案為：步驟(2)中所述常溫老化組采用的老化方法為將橡膠樣品放置于常溫條件進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間緩慢老化。常溫老化試驗(yàn)?zāi)M了堆橡膠材料在工作狀態(tài)下的情況，通過(guò)選擇所建立的數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)，可以預(yù)測(cè)材料的壽命。本發(fā)明的進(jìn)一步方案為：步驟(5)所述的老化溫度與步驟(1)所述的正常使用條件下的溫度相等。本發(fā)明的進(jìn)一步方案為：步驟(4)和步驟(6)所述的數(shù)學(xué)模型為一元一次線性回歸方程，按0.05為顯著性水平，采用F檢驗(yàn)。。一元一次線性回歸方程便于理解操作，適合推廣使用。本發(fā)明的有益效果為：(1)本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法采用雙參數(shù)預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果精度高；(2)本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法所采用的試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單易行，適合對(duì)各種類(lèi)型的軌道交通用橡膠堆材料進(jìn)行試驗(yàn)；(3)本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法采用的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建方法簡(jiǎn)單，方便技術(shù)人員掌握使用。具體實(shí)施方式以下為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，所述的實(shí)施例是為了進(jìn)一步描述本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。實(shí)施例具體實(shí)施步驟如下所示：(1)根據(jù)要預(yù)測(cè)的軌道車(chē)輛橡膠堆材料的應(yīng)用場(chǎng)合，確定正常使用條件下的溫度條件為25℃，選擇的性能參數(shù)為表征受力狀態(tài)的拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形；(2)制備橡膠堆材料試驗(yàn)樣品，分為加速熱空氣老化組和常溫老化組；(3)在加速熱空氣老化組試驗(yàn)中，對(duì)未經(jīng)老化的橡膠堆材料進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形的性能測(cè)試；設(shè)置加速熱空氣老化組的老化時(shí)間為1天、2天、3天、7天、14天，老化溫度為90℃，對(duì)橡膠堆材料進(jìn)行老化，并對(duì)老化后的材料進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形的性能測(cè)試，結(jié)果如表1和表2所示：表190℃加速熱空氣老化后橡膠堆材料的拉伸強(qiáng)度表290℃加速熱空氣老化前后橡膠堆材料的壓縮永久變形數(shù)據(jù)(4)根據(jù)步驟(3)所述的性能測(cè)試，對(duì)拉伸強(qiáng)度和25℃×70h壓縮永久變形測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，分別得到拉伸強(qiáng)度和25℃×70h壓縮永久變形與加速熱空氣老化時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型：y(90℃熱空氣加速老化拉伸強(qiáng)度，MPa)＝-0.441x(老化時(shí)間，天)+22.14y(90℃熱空氣加速老化壓縮永久變形，％)＝0.631x(老化時(shí)間，天)+18.95(5)在常溫老化組試驗(yàn)中，對(duì)未經(jīng)老化的橡膠堆材料按照步驟(3)所述的拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形的性能測(cè)試；設(shè)置常溫老化組的老化時(shí)間為1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月、24個(gè)月，老化溫度為25℃，對(duì)橡膠堆材料進(jìn)行老化，并對(duì)老化后的材料按照步驟(3)所述的拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形的性能測(cè)試，結(jié)果如表3和表4所示：表325℃常溫老化后橡膠堆材料的拉伸強(qiáng)度25℃老化時(shí)間01個(gè)月2個(gè)月3個(gè)月6個(gè)月12個(gè)月24個(gè)月拉伸強(qiáng)度/MPa21.621.520.1420.0219.0116.8815.98表425℃常溫老化前后橡膠堆材料的壓縮永久變形數(shù)據(jù)(6)根據(jù)步驟(5)所述的性能測(cè)試，對(duì)拉伸強(qiáng)度和25℃×70h壓縮永久變形測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，分別得到拉伸強(qiáng)度和25℃×70h壓縮永久變形與常溫老化時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型：y(25℃老化拉伸強(qiáng)度，MPa)＝-0.237x(老化時(shí)間，月)+20.93y(25℃老化壓縮永久變形，％)＝0.239x(老化時(shí)間，月)+17.88(7)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，確定橡膠堆材料性能參數(shù)的指標(biāo)閾值為25℃×70h壓縮永久變形為25％和拉伸強(qiáng)度16MPa，分別從拉伸強(qiáng)度和壓縮永久變形隨90℃加速熱空氣老化時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型求解達(dá)到指標(biāo)下限所需的時(shí)間，記錄所需時(shí)間最小值和性能參數(shù)。計(jì)算達(dá)到壓縮永久變形25％時(shí)間為：6.45天計(jì)算達(dá)到拉伸強(qiáng)度16MPa時(shí)間為：20.8天最小時(shí)間為6.45天，參數(shù)指標(biāo)為壓縮永久變形。(8)取步驟(7)經(jīng)判斷選擇的最短加速熱空氣老化時(shí)間6.45天和其對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)壓縮永久變形25％，代入步驟(6)所述的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算得出常溫老化時(shí)間為29.8個(gè)月，即為軌道車(chē)輛橡膠堆的壽命。以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3