随着我国城市化进程的加快,城镇地区常住人口急剧增加,城市轨道交通作为快捷便利的公共出行方式受到了众多城市的欢迎,在国家政策的推动下,我国城市轨道交通目前迎来了一个空前的发展盛况。然而随着客流量与运营里程的不断增长,轨道车辆的使用环境也趋于复杂。转向架构架作为轨道车辆结构中最为关键的部件,对其可靠性的要求也不断提高,保证转向架在运用中具有足够可靠度的疲劳寿命成为了相关行业亟待解决的问题。目前我国针对构架的可靠性试验分析尚处于起步阶段,未形成一套规范化的体系,因此本文依托于有限元仿真和试验数据分析,针对构架的疲劳可靠性测试技术及寿命评估两类问题,开展了以下研究:(1)基于有限元理论,由位移模态出发,推导了应变模态的表达式,并验证了应变模态具有正交性。基于贝叶斯系统辨识理论,研究了基于最小化信息熵理论的传感器优化配置,同时分析了预测误差对结果的影响,提出了一种基于改进预测误差的优化方法,将归一化模态应变能之和的倒数作为预测误差协方差矩阵的主对角元;非对角元由结合了测点距离和响应水平的指数相关方程表示。以最小化信息熵为目标,采用逐步累积法得到最优测点位置。以转向架构架为研究对象,基于有限元模型进行传感器优化,结果表明:本文提出的优化方法可以有效减小测点的聚集效应,提高了配置的均匀性,并且保持了较高的测点信息量和良好的模态独立性。(2)针对构架实测应变信号中常见的两种干扰特征:工频干扰和脉冲干扰,根据其与应变信号统计意义和形貌上相互独立的特性,重点研究了基于盲源分离和压缩感知理论对信号进行降噪处理的方法,提出了基于独立分量分析去除工频干扰,以及基于形态分量分析去除窄带信号中的脉冲干扰的算法。在分析了现有算法存在的缺点基础上,研究了影响两种算法收敛速度和计算精度的因素,并提出了基于改进粒子群算法的独立分量分析方法,和基于快速自适应步长迭代法以及p-指数阈值降噪法的形态分量分析方法,采用仿真信号和实测信号对算法性能对比验证,结果表明改进方法在降噪效果上较传统方法有了明显改善。(3)基于频域疲劳理论研究了载荷系间的耦合关系,提出了载荷谱频域校准方法。基于线路实测载荷间的相关性,以载荷间互谱密度参数作为载荷间耦合作用的表征量,基于多轴频域疲劳基本理论推导了频域内等效应力的表达式;以应力信号自功率谱密度的0阶谱矩作为表征损伤的参量,根据损伤一致性原则,约束载荷对测点损伤的贡献比,采用NSGA-II多目标优化算法对各载荷系进行校准。基于实验室标定的“载荷—应力”传递系数和实测载荷、应力数据,分别考虑耦合作用及未考虑耦合作用对载荷系进行校准,结果表明:考虑耦合作用后,损伤校准结果误差带低于未考虑耦合作用的结果,且载荷调整范围小于后者。(4)研究了累积损伤随机性的影响因素,以Miner线性法则为基础,将累积损伤视为随机变量,采用新型启发式算法拟合出应力谱的概率密度函数,同时结合材料的S-N曲线方程推导出单位损伤增量的概率密度函数及统计量。研究了载荷作用次序对累积损伤的影响,基于损伤转化思想,建立了考虑载荷相互作用效应的概率累积损伤模型。建立具有固定效应和随机效应的Wiener过程,采用马尔科夫链—蒙特卡洛方法,根据累积损伤数据估计与运营里程相关的构架可靠度。最后基于长期跟踪实测数据对构架齿轮箱吊座部位的可靠度进行计算,结果表明:采用启发式算法拟合概率函数与实际数据吻合度较高;相比固定效应的Wiener过程,采用具有随机效应的Wiener过程建模可以更准确地揭示可靠度变化规律。(5)基于频域疲劳理论中的谱分解方法,将实测宽带随机信号转化成等频率窄带恒幅载荷信号应用于台架试验。推导了载荷相关系数与相位间的关系,考虑线路实测载荷间存在耦合性,根据台架控制系统的要求确定了程序载荷间的相关系数和相位差,并给出了损伤期望速率计算方法。根据损伤一致性原则,以最小化载荷计算累积损伤速率与实测应力累积损伤速率的均方误差为目标函数对程序载荷幅值进行校准,将基于实测数据建立的台架谱计算损伤线性扩展至列车运行240万公里后,与按照标准规定的台架试验方法加载规定次数后得到的损伤进行对比。结果表明,基于实测数据建立的台架谱不仅提高了试验效率,并且寿命评估结果较接近实测值。图66幅,表38个,参考文献185篇。