高速列車結(jié)構(gòu)熱點應(yīng)力疲勞評定方法及應(yīng)用研究.pdf

1、我國鐵路運輸正向著高速、重載、輕量化的方向不斷快速發(fā)展，這對車輛結(jié)構(gòu)的疲勞強度提出了更高的要求。目前，我國提速、高速客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及車體均采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，這樣可大大降低車輛結(jié)構(gòu)的自重。但是，運行速度的提高、載荷的增加以及復(fù)雜的焊接接頭形式使得車輛的承載狀況變得十分惡劣；同時，各種新型材料也不斷應(yīng)用于我國高速列車轉(zhuǎn)向架與車體的結(jié)構(gòu)中。焊接結(jié)構(gòu)在交變應(yīng)力作用下主要產(chǎn)生疲勞破壞，其疲勞破壞部位大多數(shù)在焊接接頭上，焊接接頭的疲

2、勞強度制約著高速列車的運營安全性，因此，研究焊接接頭的疲勞評定方法日益突顯出來。國外目前絕大多數(shù)情況下的疲勞評定采用的是傳統(tǒng)的名義應(yīng)力評定方法，我國在焊接結(jié)構(gòu)與車體疲勞評定中也主要考慮接頭名義應(yīng)力的影響，然而既有焊接接頭的名義應(yīng)力方法忽略焊接結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的變化，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)與其承載復(fù)雜時，或者說當(dāng)某一種焊接細(xì)節(jié)無法與典型焊接接頭相對應(yīng)時，就很難確定這些情況下的名義應(yīng)力。因此，需要在獲取所用材料焊接接頭名義應(yīng)力-壽命曲線的基礎(chǔ)上，研究采用

3、更為可靠的評定方法。 熱點應(yīng)力方法由于其應(yīng)力-壽命曲線受焊件幾何細(xì)節(jié)與載荷形式的影響較小，其值更接近于焊件實際應(yīng)力而使得評定結(jié)果更為準(zhǔn)確、可靠，從而更適應(yīng)我國高速列車疲勞評定的需要。目前針對高速列車用焊接接頭進(jìn)行熱點應(yīng)力疲勞評定的研究報道甚少。本文以高速列車用典型焊接接頭為基本研究對象，以熱點應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，對焊接接頭熱點應(yīng)力有限元計算方法與影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并測試了我國高速列車用新型材料焊接接頭疲勞性能數(shù)據(jù)，建立高速列車

4、焊接結(jié)構(gòu)熱點應(yīng)力疲勞評定的基礎(chǔ)；研究使用熱點應(yīng)力進(jìn)行高速列車焊接結(jié)構(gòu)疲勞評定的方法。論文主要進(jìn)行了以下方面的研究工作： 1、建立典型焊接接頭有限元模型，解決了熱點應(yīng)力中有限元計算的單元劃分方法與外推方法，分析不同承載條件下的熱點應(yīng)力計算方法和熱點應(yīng)力集中系數(shù)。 2、分析了對接接頭焊縫高度和底板厚度與角接接頭焊縫尺寸、底板厚度、角接角度及立板厚度等幾何參數(shù)對熱點應(yīng)力集中系數(shù)的影響；提出采用熱點應(yīng)力特征量來描述焊接接頭幾何參

5、數(shù)變化對熱點應(yīng)力集中系數(shù)的影響；研究了載荷形式對焊接接頭熱點應(yīng)力的影響。 3、試驗研究了高速列車用結(jié)構(gòu)鋼與鋁合金焊接接頭名義應(yīng)力及熱點應(yīng)力疲勞性能，得到了AQ400NH鋼、SMA490BW鋼以及鋁合金6005三種材質(zhì)對接與角接接頭的名義應(yīng)力S-N曲線，結(jié)合相應(yīng)接頭形式的熱點應(yīng)力集中系數(shù)，得到相應(yīng)焊接接頭的熱點應(yīng)力S-N曲線。這些焊接接頭熱點應(yīng)力疲勞性能，為開展高速列車焊接結(jié)構(gòu)熱點應(yīng)力疲勞評定提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 4、根據(jù)UI

6、C615-4規(guī)程，計算高速轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架上的名義應(yīng)力進(jìn)行疲勞強度評定；又以構(gòu)架橫向止擋座與側(cè)梁上蓋板連接部、牽引拉桿座與橫梁下蓋板連接部兩處典型角接接頭為研究對象，采用子模型方法將關(guān)鍵部位從整體結(jié)構(gòu)中分離并建立實體模型進(jìn)行分析，通過對帶孔的槽鋼子模型的計算分析，驗證了子模型方法的正確性，因此實現(xiàn)了對焊接構(gòu)架進(jìn)行熱點應(yīng)力疲勞評定。 5、根據(jù)鋁合金6005車體牽引梁與蓋板連接部、抗蛇行減振器座與車體底架連接部實測名義應(yīng)力譜，計算其等