原文传递
基于缺口理论的转向架焊接构架疲劳寿命研究
| 论文题名： | 基于缺口理论的转向架焊接构架疲劳寿命研究 |
| 关键词： | 列车转向架;焊接结构;等效缺口应力法;疲劳寿命 |
| 摘要： | 在我国铁道车辆朝着高速和重载发展的大背景下，车辆焊接结构同时面临安全性和轻量化的双重考验，因此相关的抗疲劳设计问题日益突出。如何妥善解决结构安全性与结构轻量化之间的矛盾已成为重要的研究课题。焊接结构抗疲劳设计的关键在于可靠的试验数据以及科学合理的分析方法。 鉴于目前基于整体设计思想的名义应力法和结构应力法仍有诸多缺陷，如名义应力法由于忽略焊缝细节的影响，存在名义应力参量难以确定和无法与典型焊接接头精确匹配的困难;结构应力法在焊趾和焊根缺口处具有强烈的网格敏感性，容易导致局部应力奇异，且在焊根处无法进行疲劳分析。本文着眼于焊接结构的局部应力特征分析，引入了更为准确可靠的等效缺口应力法。通过对该局部方法理论基础与工程实践问题的研究和探讨，最终将其合理应用于车辆焊接结构寿命预测之中，以此提高抗疲劳设计的准确性。论文主要进行了如下方面工作: 1、基于Filippi缺口力学基本方程及缺口区域微结构约束效应，对平面拉伸和平面剪切模型下的虚拟缺口半径一般性方程进行了推导。研究了不同缺口角度及根部曲线半径下的缺口约束系数、虚拟圆半径取值等问题。进而阐明了工程应用中焊缝缺口处统一采用1mm半径值的可行性原理。 2、基于平面应变条件下的对接接头、T型角接头，三维实体管接头等参数化模型，研究了在拉伸、弯曲、扭转等载荷下，焊板厚度、焊趾角度、焊喉深度等局部变量对于缺口应力集中系数的影响规律;并采用有限元法准确计算了各类试验焊接接头的缺口应力集中系数。 3、结合S355J2、SS800、16Mn等材料焊接接头单轴名义应力疲劳试验数据以及缺口应力集中系数，采用最小二乘法提出了适用于转向架焊接结构评估的缺口疲劳寿命建议曲线，并考虑加载平均应力的影响对缺口疲劳寿命曲线进行了修正。 4、根据现有的不同缺口等级焊接接头多轴疲劳试验数据，采用Von Mises、IIW、EESH等多轴疲劳准则，提出了适用于各类焊接接头的多轴缺口疲劳寿命曲线。 5.基于名义应力法、结构应力法和缺口应力法的系统分析方法，建立了三种焊接构架箱体梁强度计算模型。应用三种方法分别计算箱体梁主焊缝的疲劳强度和累积损伤。计算结果表明，缺口应力法在车辆焊接结构疲劳评定和优化设计方面具备明显的精确与可靠性优势。 6、建立焊接构架的整体模型和局部焊接接头的缺口应力模型，基于构架疲劳试验加载谱块及相应的缺口疲劳寿命曲线，计算了构架多条焊缝疲劳薄弱区域的累积损伤值。进一步基于随机变幅载荷谱对转向架一系垂向减振器座进行了缺口疲劳寿命预测。 |
| 作者： | 刘旭 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 罗世辉;张开林 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
