工艺参数对ST52-3钢焊接接头疲劳强度的影响

随着列车速度的提高,承受动负荷的转向架焊接构架抗疲劳性能越来越受到人们的重视。疲劳是焊接接头在低应力下过早破坏的主要原因。本文针对高速客车转向架焊接构架制造用ST52-3低合金结构钢,试验研究了焊接工艺参数、保护气体比例、焊后消应力热处理和焊道TIG重熔工艺对焊接接头疲劳强度的影响规律,为合理制定焊接工艺提供理论依据。     

冷轧301LN等厚和不等厚板电阻点焊接头的疲劳强度

研究2种强度等级的301LN冷轧奥氏体不锈钢等厚、不等厚板电阻点焊接头的疲劳性能,分析焊接工艺对疲劳性能的影响.由于301LN冷轧板点焊接头的组织性能差异较大,熔核和热影响区的屈服强度远远低于冷轧母材,并且热影响区存在结构应力集中,在低疲劳载荷作用下,热影响区仍有塑性应变发生,并积累位错滑移带,导致产生低应力疲劳裂纹.减少焊接热量输入保持热影响区晶粒细小,能提高热影响区的屈服强度并减小滑移带尺寸,有助于提高点焊试样的抗疲劳性能.本文5种冷轧板双面单点电阻点焊试样90%置信度、50%和99.9%存活率的疲劳极限与静拉伸载荷之比都低于15%,其中1.5 1.5 mm等厚薄板点焊试样的抗疲劳性能最好.     

高铁轮轨钢的发展及高速下的轮轨损伤

随着列车运行速度的提高,车轮和轨道用钢也在不断更新换代。通过对比国内外车轮和轨道用钢的化学成分、力学性能,指明微合金化是提高高速列车轮轨钢性能的关键因素:微合金化能够在保证高强度的同时显著提高钢的韧性,从而提高钢的抗疲劳性能。并对近期关于高速列车轮轨磨损、滚动接触疲劳以及磨损和滚动接触疲劳之间关系的研究进展进行了综述。     

提速转向架焊接构架疲劳寿命的实用分析方法

评估随机载荷作用下焊接构架的疲劳强度,并开展随机载荷下焊接构架疲劳寿命及可靠性研究。提出焊接构架疲劳控制部位的确定方法。开发用于采集应力时间历程的多通道、能连续十几小时工作的数据采集系统,研究了多种提高数据可靠性技术。建立基于累积破坏率的非线性二维疲劳累积操作准则及可靠性分析判据,在此基础上建立疲劳寿命及可靠性分析模型。对焊接构架用16MnR钢两种常用接头进行了系统的疲劳试验研究,得出接头疲劳性能数据曲面。对提速客车所用的209HS型转向架焊接构架的疲劳寿命及可靠性进行分析计算,得出可靠度为50%条件下大约可以运用5 75年;在99%的可靠度下,只能运用2 47年的结论。     

某轨道货运罐式集装箱结构随机振动疲劳分析

罐式集装箱结构主要采用钢结构焊接而成,而焊缝是整个结构中疲劳相对薄弱的位置,如何在设计阶段评估该罐式集装箱焊接结构的疲劳可靠性是个难题。文中首先建立带焊缝细节的罐式集装箱结构有限元模型,基于IEC 61373-2010标准中的模拟长寿命随机振动载荷谱,引入网格不敏感频域结构应力法,分析随机载荷下罐式集装箱结构关键焊缝抗疲劳性能,结果显示该集装箱结构的关键焊缝结构满足纵向、横向、垂向3个方向各5 h随机载荷谱作用下总损伤小于1的要求。频域结构应力法,可以考虑结构的随机振动能量频域分布对焊缝疲劳寿命的影响,同时方便找出与焊缝疲劳寿命密切相关的关键模态,能够为轨道车辆焊接结构的设计与优化提供技术支持。     

地铁转向架构架运用载荷与疲劳损伤特征研究

地铁转向架构架在未达到服役寿命时,频繁出现疲劳裂纹,导致其疲劳可靠性不足。表明在一定程度上,构架采用的疲劳可靠性设计规范未能覆盖真实运营环境,有必要开展实际运营条件下的构架载荷、损伤研究。通过线路测试采集构架动载荷与动应力信号,分析构架载荷动态特性和损伤状况。结果表明,构架载荷与线路条件及列车运行状态密切相关,列车启停、站前站后短曲线线路等导致构架承受幅值较大、频次较高的动态载荷;主体载荷能量在10 Hz以内,电机吊座载荷存在51 Hz能量;曲线线路造成的疲劳损伤普遍大于直线线路;载客量对构架损伤有一定影响。研究结果对掌握在不同运行和线路工况下的地铁转向架构架动态载荷特征和疲劳损伤特性,并开展满足运用安全的抗疲劳优化改进具有重要的工程意义。     

地铁列车用受流臂载荷性能研究

文章对北京地铁4号线增购车辆上采用的接触式国产化受流器与三轨载荷性能的匹配进行了分析研究。列车在正线运行状态下,实测载荷和关键部位动应力,不仅能更好地了解受流性能,而且为受流器疲劳试验提供基础数据。     

钢桁梁全焊桁片腹杆与节点焊接连接细节疲劳性能试验研究

为避免焊缝交叉,钢桁梁全焊桁片中,腹杆与节点连接采用带半圆过焊孔的焊接构造。为评估钢桁梁全焊桁片腹杆与整体节点焊接细节抗疲劳性能,对其进行有限元数值模拟及疲劳试验研究。根据实际焊接细节结构特点,基于应力场相似原则完成试验模型设计。利用ANSYS建立实桥结构及试验模型的有限元模型,对应力分布状态及应力集中系数进行比较分析。采用3组9个试件,完成不同应力幅下钢桁梁全焊桁片腹杆与节点连接构造典型焊接细节的疲劳试验,通过数据拟合得到该焊接细节的S-N曲线。结合其他既有疲劳试验数据及欧洲规范、日本规范对该焊接细节疲劳性能进行评估。结果表明:过焊孔与翼缘焊接部位存在较大的应力集中,对焊接节点的疲劳性能有较大削弱;反复荷载作用下,过焊孔与翼缘板交接焊趾处首先产生疲劳裂纹。     

轨道车辆用双组份环氧胶剪切疲劳性能研究

为了保证轨道车辆粘接结构的安全可靠性,粘接结构设计时需要系统地分析所用胶粘剂的抗疲劳性能。从振动频率、加载载荷、基材表面处理方式等方面对轨道车辆应用的双组份环氧胶的剪切疲劳性能进行了测试分析。     

钢-混凝土组合箱梁疲劳性能的有限元分析

为提高组合箱梁的抗疲劳性能,采用ANSYS软件进行数值模拟与研究。根据已有试验,建立3根具有不同剪力连接度的组合箱梁模型,验证有限元模型的适用性。进一步分析计算一系列变参数的组合箱梁试件,研究不同因素对疲劳性能的影响。研究结果表明:组合箱梁翼板厚度及跨度的改变对组合箱梁疲劳性能有较大影响,而混凝土强度及钢箱梁高度的改变对组合箱梁疲劳性能影响较小。建议工程上通过增加混凝土翼板厚度改善组合箱梁的抗疲劳性能。     

轨道交通车辆车体关键焊缝抗疲劳设计及疲劳强度研究

传统焊接结构疲劳评估方法有一定局限性:选择疲劳强度等级需依据焊缝类型及载荷加载形式、无法准确评估非标准焊接接头的应力状态等级和检验等级等.为克服上述问题,在分析结构应力法的原理和归纳EN 15085-1:2007标准所规定设计流程的基础上,提出了基于EN 15085:2007标准的抗疲劳分析平台,以期为轨道交通车辆关键...     

基于频域结构应力法的牵引电机结构振动疲劳分析

牵引电机是动车组动力输出的核心部件.近年来,随着我国动车组运行速度的不断提升,激励载荷频率也随之提高.为保证产品设计的可靠性,牵引电机焊接结构在高频载荷激励条件下的疲劳性能亟待研究.为研究某转向架的侧悬挂式牵引电机结构焊缝疲劳,引入频域结构应力法,设计相关焊接小试件,采用直耦式电动振动试验系统,基于IEC 61373标...     

车辆焊接结构疲劳寿命评估方法研究

为在设计阶段实现车辆焊接结构的抗疲劳设计,在研究AAR/BS/IIW标准的疲劳算法原理和焊接接头疲劳性能参数的基础上,给出基于AAR/BS/IIW标准进行车辆焊接结构疲劳寿命评估的方法和技术路线。依据AAR标准分析某公司出口的全钢焊接结构矿石车车体的疲劳寿命,结果表明:该出口矿石车车体焊接结构的最短疲劳寿命发生在中部横梁腹板与横梁下盖板角接焊接区,寿命年限为59.4年,满足25年设计寿命的要求;通过与IIW标准中提供的焊接接头结构的对比分析,提出对某提速客车转向架焊接构架的定位座根部焊接结构进行打磨的改进方案。数据表明:改进方案明显提高了定位座根部焊接接头的寿命。经对比分析可以看出,基于IIW标准的焊接构架疲劳寿命预测结果与疲劳试验结果比较接近。     

高速列车空心车轴全尺寸疲劳试验方法研究

高速列车空心车轴的主要失效方式为疲劳失效,因此疲劳性能是车轴研制和生产中至关重要的考核指标,欧洲EN标准规定了车轴疲劳性能指标和疲劳试验的基本要求。现基于EN标准,研究制定了国内高速空心车轴全尺寸疲劳试验方法,并首次进行了国产车轴的疲劳试验。主要探讨了疲劳试件设计、考核截面位置的确定、以及疲劳载荷计算等问题。同时,分析和研究了EN标准F1轴疲劳性能指标的含义,为F1轴疲劳载荷的确定提供了依据。高速车轴疲劳试验方法的探讨和疲劳试验结果表明,所确定的试验方法及其技术要求是合理可行的。本研究对高速车轴的疲劳试验技术、及制定国内相应试验规范有一定的参考意义和实用价值。     

基于BS 7608标准及利用结构对称性对转向架构架疲劳试验的强度评估

依据UIC 515-4标准规定的转向架构架疲劳试验载荷,用雨流计数法进行载荷等级划分,并将结构对称性原理与弹性力学叠加原理用于有限元计算,得到构架每级载荷作用下的应力分布,考虑到焊接结构的特殊性,以英国焊接协会BS 7608标准中疲劳设计规范提供的焊接接头S-N曲线为依据,利用Palmgren-Miner累计损伤法则,完成了对某型地铁列车转向架构架进行了强度评估。累计损伤比表明,构架满足疲劳强度设计要求。同时,计算过程表明,将结构对称性用于有限元计算,可以大大的减少工程计算时间。     

焊接缺陷对动车组铝合金车体疲劳寿命影响研究

由铝合金型材焊接而成的高速列车车体,如考虑焊缝处初始焊接缺陷的存在,将造成焊缝质量等级的不同,进而造成其抗疲劳能力产生差异。为寻求在设计阶段能较准确地预测含初始焊接缺陷的动车组车体疲劳寿命的评估方法,通过试验获得3种含初始焊接缺陷试件的疲劳寿命数据,并基于美国ASME(2007)标准中的结构应力法计算出含不同焊接缺陷试件疲劳寿命的"等效初始裂纹";建立包括焊缝在内的动车组车体有限元模型,并依据BS EN12663-1:2010标准的加载方式,基于等效结构应力法和Miner线性累积疲劳损伤理论,预测车体关键焊缝的疲劳寿命;根据反求出来的等效裂纹对模型进行修正,研究初始焊接缺陷的存在对车体疲劳寿命的影响。     

钢轨滚动疲劳裂纹与磨损耦合关系研究

随着高速、重载铁路的发展,轮轨滚动磨损与疲劳损伤严重影响列车的运行安全.本文在JD-1型轮轨模拟试验机上研究干态工况下2种钢轨材料在2种处理工艺下4种试样的滚动磨损及疲劳损伤性能,利用显微硬度计和扫描电子显微镜(SEM)对试样表面硬度变化、磨损量及疲劳裂纹形成情况等进行对比分析.结果表明,由于加工硬化作用试验后所有试样的硬度均有提高;热处理工艺对钢轨材料的磨损和疲劳性能具有明显影响;钢轨的抗磨损与抗疲劳性能是两种不同的材料特性,两者表现为相互竞争与制约的耦合关系,即磨损严重时疲劳损伤表现相对轻微;适当降低材料含碳量,增加钢轨的磨损率有利于延长钢轨的疲劳寿命.     

超声冲击对转向架用16MnR钢焊接接头疲劳性能的影响

采用HJ2-Ⅱ型超声冲击枪,对转向架用16MnR钢的焊接接头表面进行超声冲击处理.利用EHF-EM200K2-070-1A疲劳试验机,采用较低载荷频率(低于10 Hz)对16MnR钢焊接接头超声冲击前后的疲劳性能进行对比试验.试验结果表明:在疲劳寿命为2×106时,焊接接头试样在超声冲击处理前后的疲劳强度分别为265和325 MPa,提高了22.6％;超声冲击处理后焊接接头的疲劳寿命是处理前的51～59倍.经过超声冲击处理后,焊接接头焊趾处的应力集中程度和焊接残余应力降低,表明超声冲击处理对提高16MnR钢焊接接头疲劳性能具有显著的效果.     

基于实测载荷谱的C_(80)车体疲劳寿命评估

结合神华集团C_(80)万吨列车车体载荷谱实测试验,编制了符合神华集团自有铁路线路特征的车体垂向、纵向、侧滚和扭转载荷谱。基于AAR标准中疲劳损伤计算方法和焊接接头疲劳特性,计算不同编组位置车辆关键部位损伤值,基于此评估C_(80)车体关键部位疲劳寿命。通过对比载荷谱下损伤和实测应力损伤并优化载荷谱校准系数,使载荷谱符合实际工程运用要求。     

货车焊接结构疲劳寿命预测研究

基于国际焊接学会标准和英国标准,结合有限元静强度结果和实测载荷谱,对某出口运煤车车体关键部位典型焊接接头形式进行了疲劳寿命对比分析。结果表明,合理选择焊接接头形式和焊接工艺可以成倍地提高结构的疲劳寿命。