第20卷第2期2023年2月铁道科学与工程学报JournalofRailwayScienceandEngineeringVolume20Number2February2023基于声发射的高铁齿轮箱金属材料疲劳损伤分析艾轶博1,2，耿梦影1，吕涛1，张卫冬1,(1.北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京100083；2.南方海洋科学与工程广东实验室(珠海)，广东珠海519080)摘要：声发射作为一种现代无损检测技术，广泛应用于金属材料或设备的实时状态监测，对金属材料或设备的服役安全评价具有重要意义。作为高铁的重要组成部分，齿轮箱体的服役情况直接影响列车的安全性。针对高速列车齿轮箱的故障诊断与安全预警问题，传统的方法对齿轮箱零部件的早期失效不敏感，故障准确定位困难。因此，提出一种基于声发射技术对齿轮箱金属材料服役状态实时监测的方法。搭建带声发射检测功能的箱体材料疲劳试验系统，通过疲劳试验数据计算得到安全阶段与预警阶段的临界时间，对齿轮箱体材料疲劳实验过程中直至完全断裂时刻的声发射信号进行采集与分析，提取出能量与振铃计数的比值作为反映材料当前退化状态的主要特征量。分别采用支持向量机(SVM)和加权支持向量机(WSVM)构建分类器，并利用粒子群优化算法(PSO)进行参数寻优，对齿轮箱箱体材料疲劳裂纹扩展的各阶段进行损伤分类。实验结果表明，在齿轮箱箱体金属材料失效数据匮乏的情况下，SVM的分类结果严重偏向于安全阶段，而WSVM很好地兼顾了安全阶段与预警阶段的识别分类，对材料当前所处损伤状态分类的平均准确率超过90%，可以对金属材料的失效做出预警，为今后的在线监测奠定基础。关键词：声发射；疲劳损伤；支撑向量机；模式识别；安全预警中图分类号：U214.8文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7029（2023）02-0423-09Fatiguedamageanalysisofhigh-speedrailwaygearboxmetalmaterialsbasedonacousticemissionAIYibo1,2,GENGMengying1,LÜTao1,ZHANGWeidong1(1.NationalCenterforMaterialsServiceSafety,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China;2.SouthernMarineScienceandEngineeringGuangdongLaboratory,Zhuhai519080,China)Abstract:Asamodernnon-destructivedetectiontechnology,acousticemissionhasbeenwidelyusedinreal-timestatemonitoringofmetalmaterialsorequipment,andhasgreatsignificanceforthein-servicesafetyevaluationofmetalmaterialsorequipment.Theserviceconditionofgearboxbody,asanimportantcom...
