(19)中华 人民共和国 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 202111476813.4 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 中机寰宇认证 检验股份有限公司 地址 102609 北京市大兴区北臧 村镇天荣 街32号 (72)发明人 杜敏杰　刘继永　王玉鑫　 (74)专利代理 机构 北京知迪知识产权代理有限 公司 11628 代理人 王胜利 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种受电弓框架疲劳寿 命预测方法 (57)摘要 本发明提供一种受电弓框架疲劳寿命预测 方法， 涉及寿命预测技术领域， 以解决现有技术 中受电弓框架的使用寿命预测不准确， 误差大的 技术问题。 所述受电弓框架疲劳寿命 预测方法包 括以下步骤： 建立受电弓框架的结构应力模型； 根据结构应力模 型获得危险点应力时间历程； 根 据危险点应力时间历程获得危险点等效应力幅 值和危险点等效应力幅值的循环次数； 根据危险 点等效应力 幅值和危险点等效应力 幅值的循环 次数获得受电弓框架的危险点等效应力概率密 度函数； 根据危险点等效应力概率密度函数和受 电弓框架的材料SN曲线， 预测受电弓框架的疲劳 寿命。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114117867 A 2022.03.01 CN 114117867 A 1.一种受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特 征在于， 建立受电弓框架的结构应力模型； 根据所述结构应力模型获得危险点应力时间历程； 根据所述危险点应力 时间历程获得危险点等效应力幅值和危险点等效应力幅值的循 环次数； 根据所述危险点等效应力幅值和所述危险点等效应力幅值的循环次数获得受电弓框 架的危险点 等效应力概 率密度函数； 根据所述危险点等效应力概率密度函数和所述受电弓框架的材料SN曲线， 预测受电弓 框架的疲劳寿命。 2.根据权利要求1所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述结构应力模 型的影响因素包括受电弓框架所受的结构力和气动载荷； 所述气动载荷为 正风载荷和横风载荷的合力； 所述结构应力模型包括 正风模型和横风模型。 3.根据权利要求2所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述结构应力模 型满足以下 方程： [σ ]＝[D][B][y]； 其中， [M]表示质量矩阵； [C]表示阻尼矩阵； [K]表示刚度矩阵； [y]表示节点位移， 表 示节点速度， 表示节点加 速度的列向量； [Fr]表示受电弓框架在结构力和气动载荷Fl综 合作用下的节点载荷矩阵； [D]表示弹性矩阵； [B]表示几何矩阵； [σ ]表示受电弓框架节点 应力矩阵； 所述正风模型包括： 空气来流以与所述受电弓运行速度反向的等值速度 绕流所述受电弓， 入口速度为主 流速度 出口为标准大气压； 所述横风模型包括： 横风以横风风速 绕流受电弓， 横风风向垂直于所述受电弓运行方向； 所述横风模型 满足以下 方程： 其中， Vω(d)表示d米高度处的横风风速； V(10)分别表示10米参考高度处的横风风速； 表示与地理环境有关的地 面粗糙度系数； 根据分离涡模拟方法满足的方程， 获得 所述受电弓三维方向气流速度分量vi； 根据所述受电弓三维方向气流速度分量vi， 获得所述受电弓所受到的气动载荷Fl； 根据分离涡模拟方法满足的方程， 获得所述受电弓三维方向气流速度分量vi的步骤包 括： 采用基于Menter  k‑ωSST湍流模型的分离涡模拟方法对正风流场和横风流场进行数 值模拟计算， 以获得所述受电弓三维方向气流速度分量vi； 其中， 设定所述受电弓静止， 地权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114117867 A 2面移动； 基于Menter k‑ωSST湍流模型的分离涡模拟方法满足以下 方程： 其中， t表示时间； ρ 表示空气密度； k表示湍动能； xi表示方向坐标， i＝1， 2， 3， 分别表示 受电弓三维方向； vi表示气流速度分量； P表示湍流生成项； β 表示第一经验常数； σk表示第二 经验常数； σω2表示第三经验常数； σω表示第四经验常数； γ表示第五经验常数； ω表示湍流 比耗散率； F1表示涡到壁面边界的距离， 取值为0～1； μ1表示层流黏性系数； μ2表示涡流黏性 系数； 所述受电弓所受到的气动载荷Fl满足以下 方程： Fl＝0.5ρ SV2； 其中， ρ 表示空气密度； S表示受电弓框架迎流 面积； V表示合成风速 。 4.根据权利要求1所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述结 构应力模型获得危险点应力时间历程包括： 根据所述结构应力模型获得 所述受电弓框架的应力 信息； 对所述应力 信息进行分析， 以获得危险点应力时间历程。 5.根据权利要求4所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述结 构应力模型获得 所述受电弓框架的应力 信息的方式为有限元分析。 6.根据权利要求1所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 根据所述危险点 应力时间历程获得危险点 等效应力幅值和危险点 等效应力幅值的循环次数包括： 根据所述 危险点应力时间历程获得危险点应力幅值和危险点应力幅值的循环次数； 采用GOODMAN方程对所述危 险点应力幅值和危险点应力幅值的循环次数进行处理， 以 获得危险点 等效应力幅值和危险点 等效应力幅值的循环次数。 7.根据权利要求6所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述根据 所述危 险点应力时间历程获得危险点应力幅值和 危险点应力幅值的循环次数的方式为雨流计数 法。 8.根据权利要求1所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 根据所述危险点 等效应力幅值和所述危险点等效应力幅值的循环次数获得受电弓框架的危险点等效应力 概率密度函数包括： 采用高斯核密度估计方法对所述危险点等效应力幅值和所述危险点等效应力幅值的 循环次数进行处 理， 以获得 所述危险点等效应力概 率密度函数。 9.根据权利要求3所述的受电弓框架疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述危险点等效 应力概率密度函数满足以下 方程： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114117867 A 3