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铝/铝—镁合金铁路罐车疲劳性能研究
| 论文题名： | 铝/铝—镁合金铁路罐车疲劳性能研究 |
| 关键词： | 铁路罐车;铝金属;镁金属;合金材料;疲劳性能;S-N曲线;应力分布;拉伸试验 |
| 摘要： | 铁路罐车是浓硝酸运输的主要设备，为了满足日益增长的浓硝酸运输需求，西安车辆厂在载重60t铁路罐车基础上研发70t浓硝酸罐车。考虑到罐体承载和防腐蚀两方面的因素，选定铝/铝-镁合金层合板作为罐体材料。纯铝为其内胆材料，与浓硝酸反应生成致密氧化膜以保护铝-镁合金免受腐蚀，强度较高的铝-镁合金为承载材料，保证罐体的结构强度。但是，此层合板对接焊缝的填料只能采用铝-镁合金，这样又会使层合板对接焊缝处纯铝一侧的铝-镁合金填料暴露在浓硝酸中，导致焊缝腐蚀，因此在层合板对接焊缝处搭接纯铝盖板予以保护。 本文在上述工作的基础上，对此层合板进行疲劳性能分析并结合我国铁路通用线路载荷谱对罐车的疲劳寿命进行估算，验证罐体疲劳可靠性。首先，对层合板母材、搭接接头以及对接接头三类试样进行疲劳试验，得到三类试样的S-N曲线;其次，对层合板母材试样进行有限元弹塑性分析，并用拉伸试验结果验证仿真的正确性，得到层合板基本力学性能数据;然后在不同工况下，对浓硝酸罐车进行有限元计算，得到关键点的载荷应力传递系数;最后，基于我国铁路通用线路载荷谱，利用Miner线性累积损伤法则估算出关键点的疲劳寿命，验证罐体的疲劳强度。 根据上述技术路线，本文绘制了铝/铝-镁合金层合板母材、层合板搭接试样及对接试样的S-N曲线，有限元计算得到了罐车罐体不同工况下的应力分布，编制出70t浓硝酸罐车的载荷谱，综合上述所有结果，最终计算出罐体18个关键点的疲劳寿命，其中，罐体母材危险点最低寿命为252万公里，焊缝危险点最低寿命为1.33×104万公里，均大于预设的罐体设计寿命250万公里，说明铝/铝-镁合金层合板铁路罐车的疲劳强度基本满足要求，基于关键点的疲劳寿命结果，建议对相关位置适当优化并且严格控制焊接质量。 |
| 作者： | 张丽君 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 谢基龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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