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动车水箱焊缝随机振动疲劳寿命仿真研究
| 论文题名： | 动车水箱焊缝随机振动疲劳寿命仿真研究 |
| 关键词： | 动车水箱;焊缝检测;振动荷载;疲劳寿命 |
| 摘要： | 大量试验研究表明，结构的疲劳破坏通常发生在焊缝处，焊接过程中容易产生气孔、咬边、杂质及裂纹等缺陷，这些缺陷导致焊缝存在应力集中问题，直接影响焊缝的使用寿命，焊缝疲劳研究一直是学术界比较关注的问题。特别是在随机载荷作用下的复杂焊接结构，建立正确的有限元模型，是进行疲劳分析的关键步骤之一。当前对焊接疲劳寿命的研究主要集中在单一焊接接头试样，而对复杂的焊接结构随机振动疲劳寿命研究较少。本文借助MSC.Fatigue软件，采用数值仿真的方法研究水箱及焊缝在随机振动载荷作用下的疲劳损伤问题。在模态分析的基础上，采用名义应力、频域、时域三种方法估算水箱的疲劳寿命，并与台架试验结果对比，验证本文采用数值仿真方法的正确性。主要研究内容如下: (1)为分析含水复杂结构的模态特性，以动车水箱为研究对象，分别基于流-固耦合和虚拟质量法计算其干、湿模态阵型及频率，并与锤击试验结果作对比分析，结果表明数值仿真结果与锤击试验结果基本吻合，干、湿模态各阶振型趋势基本一致，数值仿真方法正确有效并且干模态有限元模型可直接用于类似含水结构的动力学分析。 (2)在干模态有限元模型的基础上建立包含焊缝在内的水箱有限元模型，根据BS7608标准确定相应焊缝的S-N曲线，采用名义应力法预测水箱焊缝在试验工况下的疲劳寿命。结果表明仿真所得焊缝失效部位及疲劳寿命与振动台架试验结果基本吻合，说明该焊缝疲劳寿命估算方法的正确性，为焊接结构疲劳设计提供有效的分析算法。 (3)为模拟水箱的随机振动台架实验，利用模态叠加的方法计算水箱在频域载荷内的随机振动响应。采用MSC.Fatigue软件结合水箱节点的应力响应功率谱及传递函数，直接求得水箱焊缝的随机振动疲劳寿命，并与试验结果对比。结果表明该频域振动疲劳计算方法及结果合理有效，为随机振动结构疲劳寿命的计算提供另一有效方法。 (4)通过对水箱进行模态法瞬态响应分析，得到水箱各节点的应力、加速度随时间变化的曲线，即概率密度函数。在此基础上借助MSC.Fatigue软件的S-N模块计算水箱的瞬态振动损伤寿命，并且疲劳寿命结果与试验结果基本吻合，验证该计算方法的正确性。 |
| 作者： | 李潇潇 |
| 专业： | 工业工程 |
| 导师： | 王建明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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