A7N01鋁合金焊接接頭疲勞強度優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、我國高速軌道列車制造技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)逐步跨入國際先進(jìn)行列。南車集團(tuán)目前已經(jīng)開始開發(fā)時速350km/h以上的軌道列車制造技術(shù)。車體底架采用A7N01鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，是列車運行時的主要承載部件。A7N01鋁合金是日本為高速列車開發(fā)的用于車體承載底架的高強鋁合金材料，具有優(yōu)良的綜合性能。目前國產(chǎn)的A7N01鋁合金車體結(jié)構(gòu)服役性能不夠穩(wěn)定，表現(xiàn)為承載底架在動載荷作用下焊接接頭部位短期內(nèi)出現(xiàn)疲勞裂紋，從而對整個結(jié)構(gòu)的安全可靠性造成較大影響。

2、r>　　通過深入分析，認(rèn)為應(yīng)力集中是底架結(jié)構(gòu)短期疲勞失效的最關(guān)鍵的影響因素，為此本論文確定了將降低焊接接頭應(yīng)力集中作為有效提高其疲勞強度的研究思路和主要措施，采用的方案是：通過有限元數(shù)值模擬技術(shù)計算多種典型A7N01鋁合金焊接接頭的應(yīng)力集中情況，并分析各種幾何參數(shù)對接頭應(yīng)力集中的影響，形成接頭疲勞強度優(yōu)化設(shè)計方案；再通過一系列試驗對優(yōu)化設(shè)計方案進(jìn)行驗證，最終為提高鋁合金高速列車焊接構(gòu)件疲勞性能提供合理的優(yōu)化措施及其理論支撐。主要的工作和

3、研究成果包括：
　　對A7N01鋁合金車體承載底架的三種典型對接接頭的應(yīng)力集中情況進(jìn)行了理論分析計算。通過改變焊趾過渡角等焊縫幾何參數(shù)對接頭承載時的應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行了深入分析計算，總結(jié)出應(yīng)力集中系數(shù)與焊縫幾何形狀的對應(yīng)關(guān)系規(guī)律，最終形成A7N01鋁合金焊接接頭疲勞強度優(yōu)化設(shè)計方案。另外，通過理論計算證實三點彎曲法消除焊接試件的角變形可以減少附加應(yīng)力的影響，并在應(yīng)力集中部位引入殘余壓應(yīng)力，從而對疲勞壽命的提高有很大貢獻(xiàn)。
　　

4、對不同坡口形式的焊接接頭進(jìn)行了力學(xué)性能試驗和疲勞性能分析研究。結(jié)果表明A7N01鋁合金不對稱單邊V形坡口接頭的疲勞壽命最低，主要斷裂于焊趾位置。疲勞性能低下的原因是應(yīng)力集中、角變形導(dǎo)致的附加應(yīng)力和焊接缺陷。
　　分別通過TIG熔修焊縫整形和焊趾銑削圓弧的方法實施改變接頭形狀參數(shù)的優(yōu)化方案，對采用不同優(yōu)化方法的接頭進(jìn)行系統(tǒng)疲勞性能測試。通過比較證實，手工TIG堆焊熔修不易控制焊趾角度，很難獲得理想的接頭形狀以降低應(yīng)力集中，整形后反而