高速動(dòng)車組車體鋁合金橫梁疲勞裂紋擴(kuò)展研究.pdf

1、鋁合金作為一種成熟的輕金屬材料，其在高速動(dòng)車組車體上的廣泛使用已經(jīng)被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)車體輕量化的重要途徑。目前高速列車底架橫梁主要采用A7N01-T5鋁合金大型擠壓型材，這些橫梁用于吊掛車下設(shè)備，以保證車輛的正常運(yùn)行。但是隨著高速列車的速度不斷提高，車底鋁合金橫梁受到的垂向動(dòng)載荷越來越大，某高速動(dòng)車組車底橫梁出現(xiàn)了疲勞裂紋的問題，研究橫梁結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋擴(kuò)展的壽命和裂紋擴(kuò)展路徑將對(duì)提高我國(guó)動(dòng)車組的可靠性和安全性具有重要意義。本文選取了我國(guó)高速

2、動(dòng)車組列車常用的A7N01-T5鋁合金車底橫梁為對(duì)象，通過疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)合ABAQUS和NASGRO軟件研究疲勞裂紋擴(kuò)展行為。
　　首先對(duì)車底橫梁進(jìn)行了安裝應(yīng)力試驗(yàn)和實(shí)際線路上的動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)。根據(jù)牽引變流器設(shè)備和橫梁可能出現(xiàn)的配合間隙分工況進(jìn)行安裝應(yīng)力試驗(yàn)。結(jié)果表明橫梁的各個(gè)吊掛點(diǎn)上的應(yīng)力并不相同，其應(yīng)力值具有分散性，隨著模擬間隙的增大，橫梁吊掛點(diǎn)處的安裝應(yīng)力值也在變大。實(shí)測(cè)高速動(dòng)車組在線路上運(yùn)營(yíng)時(shí)橫梁的動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)，基于nCod

3、e軟件處理線路動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)得到各個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力譜，計(jì)算其在列車運(yùn)營(yíng)1200萬公里下的等效應(yīng)力，結(jié)果表明橫梁上各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力水平較小。
　　接著將橫梁的受力情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，截取部分橫梁制作試樣，利用MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn)，確定橫梁所受載荷大小。在裂紋最易發(fā)生的位置，橫梁的T型槽內(nèi)側(cè)拐角處，預(yù)制一條貫穿裂紋并進(jìn)行了橫梁試件的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)。研究了橫梁結(jié)構(gòu)在平面應(yīng)變條件下，受幅值不同的恒幅垂向循環(huán)載荷下，疲勞裂紋擴(kuò)展壽命和裂紋

4、擴(kuò)展路徑，其結(jié)果表明在相同的載荷均值下，裂紋擴(kuò)展的壽命隨著載荷幅值的減小而增大，裂紋擴(kuò)展路徑相似，均沿著橫梁法蘭水平擴(kuò)展。
　　在ABAQUS中，利用其擴(kuò)展有限元功能，在橫梁試件的有限元模型上插入預(yù)制初始裂紋，并建立試件實(shí)際約束和載荷，觀察裂紋擴(kuò)展情況。結(jié)果表明XFEM方法能夠有效地模擬出橫梁結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展行為，準(zhǔn)確計(jì)算出裂紋擴(kuò)展壽命，為解決工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際問題提供了方便有效的途徑。
　　利用斷裂力學(xué)分析軟件NASGRO對(duì)橫