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高速列车车体承载关键部位的焊接缺陷容限研究
| 论文题名： | 高速列车车体承载关键部位的焊接缺陷容限研究 |
| 关键词： | 高速列车车体;承载关键部位;焊接缺陷容限;铝合金;断裂韧度;疲劳寿命评估 |
| 摘要： | 高速列车主体结构制造常采用中高强铝合金实现轻量化,达到节能减排和高效运行的目标。然而由于车体设计及强度分析时常常不能准确把握焊接加工过程带来的影响,比如忽视焊接缺陷的引入及组织性能的不均匀性,使铝合金列车在服役过程中安全问题频发。结构可靠性评估理论和方法方面的研究工作严重缺乏,导致车体设计制造存在较大盲目性,不得不提高检修频率防止安全事故的发生。 本文基于断裂力学理论和有限元分析方法,结合断裂参数测试试验,构建出高速列车关键承载结构的服役可靠性评价体系,实现了含缺陷结构件的安全性评定及给定寿命时的初始裂纹容限。主要研究内容及成果如下: 利用Hypermesh软件建立了车体分析模型,对列车承载底架的焊接残余应力、工作动应力的分布规律进行了数值模拟分析,确定了牵引梁附近的四个承载危险位置。借助切片试验统计了典型焊接接头中的缺陷类型和分布,将其规格化处理为a/c=0.3半椭圆表面裂纹和a/c=1或a/c=0.1的埋藏裂纹。 分别对10mm、16mm厚的7N01S-T5、7N01P-T4、7N01PT4-7N01ST5焊接接头各区域的断裂韧度、在应力比为0.1、0.4、0.7时的疲劳裂纹扩展特性进行了测试。断裂韧度测试结果表明,厚度相同时,7N01S-T5的性能高于7N01P-T4,两种热处理状态的KIC值分别为40~44MPa?m1/2及32~37MPa?m1/2;焊接接头各区域KIC值均低于母材,7N01P-T4及7N01S-T5热影响区KIC值均在27~30MPa?m1/2范围;垂直轧制方向的断裂韧度值稍高于平行轧制方向,而这两种厚度断裂韧度值的厚度效应不明显。疲劳裂纹扩展测试结果表明,焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率均高于母材。 按照SINTAP评定方法对高速列车承载关键部位进行了脆断评估,结果表明:四个承载危险位置的半椭圆表面裂纹临界值为4~10mm范围,埋藏裂纹临界值为2.5~3.5mm范围。a/c=0.1的埋藏裂纹比a/c=1时形状更尖锐,也更易发生脆断。 分别采用Paris、Forman公式计算了结构疲劳寿命为107次时的各危险位置的裂纹初始容限值,由Forman公式计算得到的结果比Paris大,这是由于Forman公式中材料的断裂韧度值越大,疲劳裂纹扩展速率越慢。 |
| 作者： | 王帅丽 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 刘雪松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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