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基于主S-N曲线法和修正投影法的焊接构架疲劳强度分析
| 论文题名： | 基于主S-N曲线法和修正投影法的焊接构架疲劳强度分析 |
| 关键词： | 铁道车辆;转向架;焊接构架;疲劳强度;主S-N曲线法;修正投影法 |
| 摘要： | 随着我国轨道交通行业的持续发展，车辆服役环境越来越复杂，转向架构架作为车辆走行部主要承载结构，其抗疲劳性能直接关系铁道车辆运营安全。因此，如何采用合理、有效的方法和手段获取疲劳分析所需应力参量，进而对构架疲劳强度进行分析评判，具有重要的研究价值和工程意义。本文围绕焊接构架疲劳强度评定这一主题，开展了如下工作: 1.梳理现有结构疲劳强度分析手段与差异，对包括焊接构架在内的结构抗疲劳性能评定方法进行了归纳总结。简介了主S-N曲线法及其在焊接结构疲劳强度评估中的应用，重点对该方法具有的网格不敏感性特点和等效结构应力获取流程等作了说明。 2.提出了一种新的用于结构疲劳分析参量求解的修正投影法。该方法在传统投影法基础上，通过构建围绕待分析部位的球面方向余弦族，以扫略的方式判断最大应力及其所在方向，且投影过程中能保留主应力拉压属性，有效改进了传统投影法固有的可能误判真实最大、最小主应力的不足，获得的疲劳应力参量更加可信。以某转向架构架为例，比较了利用修正投影法与传统投影法得到的疲劳应力参量的差异，可见对模型部分节点而言，修正投影法得到的最大拉伸应力较传统投影法偏高，最大差异可达19.4％，而两种方法得到的最小应力甚至可能出现正负相悖的情况。 3.以T型角焊缝结构为例，分别采用壳单元和实体单元建模，利用有限寿命设计范畴的主S-N曲线法和无限寿命设计范畴的修正投影法对结构疲劳参量进行求解。通过对比可知，当选取离焊根8mm处节点作为焊缝评价点时，四种组合下的疲劳参量大小及变化趋势基本一致，考虑壳单元模型存在刚度弱化这一局限，确定后续构架疲劳强度评定选用实体单元离散模型。 4.以某地铁车辆转向架H型焊接构架为对象，利用Hypermesh建立构架有限元模型，在Ansys中完成了17种疲劳工况计算。一方面，从有限寿命设计角度出发，结合FE-Safe/Verity模块求出焊缝处的结构应力，选择主S-N曲线设置材料参数，求出了焊缝疲劳寿命;另一方面，从无限寿命设计角度出发，基于修正投影法，利用课题组自编后处理软件Ansys-SF完成焊缝节点主应力和方向余弦的提取与处理，结合Goodman疲劳极限图，完成了构架部分主要焊缝的疲劳评估。可见无论采用哪种方法，该构架疲劳强度均能满足要求，两种方法的结论具有一致性。 |
| 作者： | 陈兵 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 杨冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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