2018年底,我国的高速铁路运营里程已接近2.8万km。“复兴号”动车组的大面积开行,使我国现役的动车组接近3000列。随着新线路、新车型的不断投入,以及运行速度和对乘坐舒适度要求的不断提高,对车辆运行的安全可靠性研究则显得尤为重要。而焊接构架则是动车组走行部的主体结构,是整车安全可靠运用的重要保障。近些年,国内外针对构架在牵引和制动等载荷系下的疲劳,以及通过长期应力试验得到构架关键部位的损伤规律等问题的研究已初见成效,但是对于不同线路条件和工况特点对构架承载和损伤状态影响的研究仍有待深入。本文基于上述背景,对高速铁路线路工况的分类以及识别方法进行了研究,并基于线路实测数据,计算各类运用工况与构架疲劳损伤之间的耦合关系,最终通过工况识别数据对构架损伤做出比较准确的预测。主要的研究内容如下:1.从工况识别和损伤分析对传感器数据处理的实际要求出发,结合陀螺仪及电阻应变计的实际数据对基于傅里叶变换的经典滤波、小波变换和希尔伯特-黄变换的理论和应用进行研究。揭示了对加速度信号进行经验模态分解获得的各阶内部模态函数的本质特性,在基于曲率半径的工况识别问题中大幅提高识别正确率。2.对我国现有高速铁路中典型运用工况的测试数据进行了统计分析,发现不同线路之间的规律性和差异性、以及工况分布的差异可能是造成不同线路运用时构架损伤存在不同的根本性原因。依据微机械陀螺仪的工作原理和测量精度,提出了基于曲率半径的曲线和道岔的识别方案。在对两者半径重合区的识别中,基于希尔伯特-黄变换的理论,采用了加速度内部模态函数的能量熵,对曲线和道岔做出了较准确的划分。3.根据气压变化的特性对两车交会和通过隧道两种工况进行识别,分析动车组设备舱大量气压试验数据后发现,舱内部分位置的气压值在上述工况下的规律性表达可作为识别的依据。对两车交会和通过隧道数据单独提取后,给出了基于支持向量机理论的阈值工况区分法。对该方案识别效果进行分析后,补充了GPS信号配合下的通过隧道识别方案,综合提升了识别准确率。总结各类工况的判定依据和流程,给出了基本的动车组工况识别方案。4.研究动应力测试数据分布规律,给出采用三参数威布尔分布的拟合方案,基于各类级数选择理论,对动应力数据统计分组数目进行了研究。根据材料的S-N曲线及Miner损伤法则推导出等效应力的计算方法,并采用构架的实测数据对所有分布参数和等效应力值的关系做了讨论。5.对大量同工况、同交路的动车组构架动应力测试数据进行了统计,发现动应力测试结果的离散性是普遍存在的。在考察动应力样本离群性方面,基于误差分析的基本理论,提出了针对小样本的四分位法修正算法。采用350km/h速度级动车组构架部分测点在大量运用交路上的数据进行分布检验,确定其分布规律。并对不同使用公里数、不同工况、交路和构架不同位置的测点等效应力分布差异性进行深入研究,揭示出等效应力分布参数和疲劳损伤程度之间的关联。给出了基于概率和等损伤思想的应力等效方法,使构架的疲劳损伤评估更加科学准确,有充足的理论依据。6.给出构架在直线、曲线、两车交会和通过隧道等各种单一工况下的等效应力状态,分析了不同工况与构架不同位置损伤间的关联。针对实际运行中多工况叠加问题,引入BP神经网络,通过输入大量单一工况和多工况下的工况状态和构架损伤响应输出,对网络进行训练,使其给出在工况叠加时较为准确的构架状态。最后对大量线路进行工况识别和划分,采用识别得到的数据给出构架的损伤状态,并与全交路测试的动应力数据进行比对,综合分析工况识别和损伤评估的效果。本文的研究结论对进一步精细化载荷谱的建立提供了理论依据,也为参考车辆损伤规律的高速铁路线路设计给出了意见。同时对各类动车组在新线路上运用的应力状态给出了全新的预测方法,较好地估计了构架在不同交路上的动应力测试结果,具有一定的理论指导意义和工程实用价值。