钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展

在平板焊接钢结构焊缝疲劳强度分析中,近年来国外主要发展起了等效结构应力法和表面外推热点应力法2种新方法.等效结构应力法考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析结构应力,确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸的不敏感,从而有效区分不同焊接接头类型的焊趾结构应力集中情形;以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响基础上,基于断裂力学分析确定与焊缝疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程;基于上述应力计算和转化方法对焊缝疲劳试验结果数据进行处理,建立焊缝疲劳强度设计单一主S-N曲线,实现对钢结构焊缝的疲劳强度评定和寿命预测.通过比较分析可知,表面外推热点应力法适用于钢结构焊缝设计阶段的方案比较及方案优化;等效结构应力法较适合对钢结构焊缝最终设计方案进行更为精确的焊缝疲劳强度评定和寿命预测以及不能用表面外推热点应力法进行钢结构焊缝疲劳强度分析时.     

P65型棚车枕梁裂纹分析及改进措施

对P65型行包快运棚车枕梁处发生裂纹情况进行了调查,从设计结构强度、结构型式、制造工艺以及运用特点等方面进行了分析研究和计算、试验,优化出了2种比较可行的改进方案,有效地降低了枕梁部位的应力,解决了P65型棚车的枕梁焊缝裂纹问题.     

铰接式动车组车体结构设计

为满足欧洲市场的需求，结合铰接式转向架的安装需求，全新研发了一种满足欧盟铁路互联互通技术规范（TSI）要求的铰接式动车组车体结构。通过优化力流传递路径，采用两级缓冲结构等措施降低了底架局部结构的应力集中，提高了底架承载能力。通过优化底架边梁型材断面，抗侧滚装置、抗蛇形装置通过螺栓直接与底架边梁连接，将以往项目由过渡安装座的焊缝承载优化为底架边梁母材承载，提高了连接可靠性。对车体进行了29个工况静强度计算，所有工况的计算应力均小于许用应力，在超载AW3工况下对车体施加1 500 kN纵向压缩载荷，最大应力出现在门洞下门角，计算应力为147.4 MPa，小于铝合金许用应力215 MPa。根据标准DVS 1608，对车体母材和所有焊缝进行了8种疲劳工况的评估，计算结果显示材料利用度均小于1，其中母材材料利用度最大为0.7，发生在侧墙上窗角，焊缝材料利用度最大为0.86，发生在端墙门槛与端墙立柱连接的焊缝处。对车体进行了16个工况静强度试验，所有测点的应力值均小于许用应力，且安全系数不小于1.24，留有较大的安全裕量。计算结果和试验结果说明该车体结构强度和疲劳性能满足设计要求，且有较大的安全裕...     

用于铝合金车体外壳焊缝的疲劳设计图

为了开发疲劳强度设计图,作者对铝合金车体外壳焊缝进行疲劳试验。选用组成双层外壳的中空挤压型材焊缝和2种单层外壳补强焊缝作为车体外壳焊缝,通过对小尺寸和全尺寸试样的疲劳试验获得S-N曲线,采用统计处理方式,得出用于中空挤压型材焊缝的疲劳设计图。同样,用全尺寸试样开发了2种单层外壳补强焊缝通用的疲劳设计图。该图适用于评估焊缝附近材料应力范围内的疲劳强度。     

高速动力车转向架焊接构架优化设计

以高速动力车转向架焊接构架的质量为目标函数,以16Mn钢母材和焊缝的疲劳强度为约束条件,根据UIC615-4所规定的构架强度试验载荷,对高速动力车转向架焊接构架进行结构优化,提出了降低结构弯曲和扭转刚度的设计方法,以提高轻量化焊接构架的疲劳强度。优化方案构架的最大等效应力较原方案降低15.33%,结构刚度和应力分布趋于均匀,构架疲劳强度满足设计要求。     

考虑纵肋-横隔板焊缝模拟的正交异性钢桥面板疲劳性能研究

为研究纵肋-横隔板(rib-to-floorbeam,RF)焊缝模拟与否及焊缝模拟数量对正交异性钢桥面板各疲劳敏感细节应力响应的影响,分别建立无RF焊缝及不同数量RF焊缝的正交异性钢桥面板有限元模型,计算轮载作用下各构造细节的应力响应.为提高计算速度与精度,RF焊缝采用体单元模拟,桥面板其他构件采用壳单元模拟,通过约束方程实现体-壳耦合.研究结果表明:模拟RF焊缝时,RF横隔板侧和纵肋侧构造细节的应力幅分别增大66％和54％,其对应的计算疲劳寿命更接近实桥出现裂纹的时间;模拟RF焊缝对弧形切口和RD构造细节应力响应几乎无影响.模拟不同数量RF焊缝对各构造细节应力响应无明显差别;相比于不模拟焊缝的情况,模拟焊缝可以清楚地显示RF焊缝沿高度方向上的应力分布,纵肋和横隔板的连接部位应力过渡更加平滑.     

振动堆焊工艺的初步研究

在振动时效工艺研究的基础上，对把振动施于焊接过程的振动堆焊新工艺作了初步研究。结果表明，振动堆焊对焊缝的强度影响不大，但在适当的振动条件下，振动堆焊可以降低焊缝的残余应力，提高焊缝的冲击韧性，而过高的振动应力水平和振动频率则会增加焊缝组织中气孔和夹渣，增加焊缝的残余应力，降低焊缝的冲击韧性。     

基于不同评价标准的受电弓上臂焊缝疲劳强度研究

针对CED300型受电弓,进行疲劳强度研究,采用ANSYS软件为计算工具,基于DVS 1608标准方法和ERRI B12/RP17报告提出的多轴应力向单轴应力转化方法实现对受电弓上臂焊缝疲劳强度的评价。对两种方法的评价结果进行分析,找出上臂的危险焊缝,为今后该型受电弓局部结构优化提供理论依据。     

X型转向架焊接构架的强度分析及结构优化

通过有限元计算，并结合正交试验法对X型转向架焊接构架进行了多方案的比较分析，优化了其补强方案，并提出了构架的整体优化方案。     

轨道交通桥梁预制盖梁结构力学行为研究

通过运用有限元程序ANSYS、MIDAS和规范理论算法,研究轨道交通桥梁预制盖梁的结构力学行为,在施工和运营两种荷载工况下,对接口连接构造的力学行为和计算建模方法进行较为详尽的论述,以及对不同边界条件下的计算结果进行对比分析。从接口部位的环形焊缝应力、钢板与混凝土连接的钢筋应力和接口部位的混凝土应力分析结果可知,该接口构造的连接方案具有一定的可靠性和安全性,同时该研究过程和理论分析成果为其他工程的设计分析工作具有一定的借鉴作用。