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高速列车转向架构架的焊接疲劳强度评估
| 论文题名： | 高速列车转向架构架的焊接疲劳强度评估 |
| 关键词： | 高速列车;转向架构架;焊接疲劳;强度评估 |
| 摘要： | 转向架是高速列车上最为核心的部件之一，而转向架构架是转向架其它部件安装的基础。在高速、重载的情况下，转向架构架所承受的外部载荷越来越大，作为典型的焊接结构极其容易因为疲劳破坏而失效而导致重大事故，因此对转向架构架的疲劳评价方法进行研究是极其必要的。本文主要进行了以下几个方面的研究: (1)本文首先对转向架构架做了简单介绍，随后回顾了焊接疲劳的特性及其影响因素，对近些年来国际上焊接疲劳的主要评价方法予以简介。 (2)利用HYPERMESH软件的强大的前处理功能，对转向架构架进行了六面体网格划分以及壳与实体混合网格的划分，并对两种网格划分的有限元模型进行了对比分析。 (3)使用六面体网格模型，根据国际铁路联盟的《UIC615-4》标准，使用MSC公司的PATRAN/NASTRAN软件对转向架进行了有限元计算，使用有限元计算结果并结合UIC标准和Goodman曲线图对转向架构架进行了疲劳评价。 (4)对近些年来在焊接结构中广泛应用的表面外推方法及其计算步骤进行了比较详细的说明。然后，使用壳与实体的混合网格模型加载进行了有限元分析，为了提高计算精度在所关注的焊接区域采用二阶单元进行网格划分。根据国际焊接学会IIW标准推荐的表面外推热点应力法，采用两点线性外推的方法，使用MATLAB编制后处理程序对焊接结构中最容易发生破坏的焊趾部位进行了疲劳评价。 (5)介绍了最近由华裔学者P.Dong博士提出的Battelle热点应力法，特别是这种方法中的Battelle结构应力的网格不敏感型以及对任意焊接结构和走向的焊缝都适用的主S-N曲线。根据Battelle法的特点，采用一阶单元的壳和实体的混合网格进行了有限元的加载分析，用MATLAB编制程序进行了Battelle结构应力的计算，并使用主S-N曲线对焊缝的寿命进行了评价。最后对表面外推法和Battelle法这两种最具代表性的结构应力方法的计算结果做了比较。 (6)对焊缝疲劳评价局部方法中得到广泛应用的缺口应力法中的虚拟缺口曲率半径方法做了详细的介绍，特别是虚拟缺口曲率半径法使用过程中的最重要的环节:有限元网格的划分，对于相关研究仍在进行中的疲劳评价准则的使用做了简介。根据IIW文献的推荐原则，采用六面体的网格对向构架的横梁与侧梁处焊接位置进行了精细网格划分。在有限元计算过程中，使用NASTRAN的超单元技术进行求解，节省了计算资源和时间，使用PATRAN对计算结果进行后处理，获得了所关注区域的缺口应力幅，使用相应的FAT225疲劳S-N曲线进行了疲劳强度的评价。 |
| 作者： | 马天政 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 张义民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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