基于漏探概率的车轴探伤周期制定方法

丁　然，李　强

(北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京　100044)

在运营中周期性地对车轴进行探伤以便及时发现裂纹并更换，是保障车轴安全运营的重要手段。车轴探伤是车轴安全寿命设计的重要补充，两者相辅相成[1]。由材料疲劳导致的断轴事故大多伴随着裂纹漏探。而目前常用的超声波探伤技术在某些情况下，即使对于4 mm深的大裂纹探出概率仍不足0.4[2]。缩短探伤周期可以使裂纹在失稳扩展前得到更多探伤机会，对裂纹有较高的累积探出概率；但探伤周期过短又会增加人力、物力成本，甚至影响列车运营。因此合理制定探伤周期对实现列车连续安全运营有重要意义。

现行的探伤周期制定方法[1，3]多是首先基于断裂力学公式计算出车轴的剩余寿命N；再规定剩余寿命内累积探伤次数不少于M-1次，以获得较大的累积探出概率；最后取探伤周期为N/M，并验算此探伤周期的可靠度是否满足要求。但这种探伤周期的制定方法有以下3点不足。

(1)由于车轴在设计上有很大的强度冗余，使用NASGRO公式[4]或其他类似的断裂力学模型[5]计算车轴裂纹时通常会得到不满足裂纹扩展的判据，从而无法求出车轴的剩余寿命。应用中，Beretta[3]通过放大初始裂纹到5 mm或者提高载荷水平，Zerbst[1]则通过减小材料应力强度因子变程门槛值ΔKth，迫使裂纹扩展。这些手段虽可得到偏安全的剩余寿命，但与实际工况偏差较大。

(2)只能通过事先给定的M值验算可靠度，无法在一定可靠度要求下制定尽量长的探伤周期以减小成本。……