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。     

车辆装配前铝合金焊缝节点结构疲劳试验研究

铝合金焊缝节点结构作为车体结构中的重要组成部分,车辆装配前对焊缝节点结构强度进行研究具有重要意义。为了掌握铝合金焊缝节点结构的疲劳强度性能,选取实车中出现疲劳裂纹破坏的典型节点部位制作标准件进行疲劳试验;根据试件与实际车体疲劳破坏位置的应力分布趋势一致的原则,设计了两种典型焊接形式的标准件结构模型,并且确定了疲劳试验的加载方式以及试验工装设计,给出了试验模型的疲劳破坏位置以及通过成组试验获得的典型节点形式的S-N(应力-寿命)曲线。同时利用非线性有限元方法对铝合金焊缝节点结构进行疲劳强度计算,将计算结果与试验结果进行对比分析,验证了所采用有限元计算方法的准确性和普遍适用性。     

出口底开门敞车车体振动疲劳分析

为了查明出口底开门敞车出现了侧墙焊缝开裂的原因,建立该车车体有限元模型,并针对振车卸货工况进行模拟响应计算,其结果表明该车的侧墙焊缝开裂的原因是振车器的激振载荷导致车体侧墙局部共振。为了使该车能够满足振车卸货工况的疲劳寿命要求,进而提出了一些改进方案。通过仿真验证其可靠性,最终确定了能够满足振车卸货工况下疲劳寿命要求的改进方案。     

基于等效结构应力的地铁车辆焊接构架疲劳寿命分析

文章针对地铁车辆焊接构架焊接部位的疲劳失效问题,首先建立构架有限元模型,选取5条危险焊缝,按照疲劳试验的载荷计算得到焊缝结构应力分布特点,其中焊缝最大等效结构应力点为77.5 MPa;然后根据结构应力法中98％可靠度,-2σ应力水平下的S-N曲线计算焊缝疲劳寿命,5条焊缝的累积损伤均小于1,满足疲劳设计寿命要求;最后使...     

出口缅甸3B_0机车焊接构架疲劳寿命预测

为了对出口缅甸3B_0机车转向架焊接构架的疲劳寿命进行预测,采用有限元方法对构架在不同疲劳载荷下的应力状态进行分析,确定了箱体梁中主焊缝的多种疲劳应力范围。基于IIW标准和相关文献中焊接接头疲劳寿命数据确定了评估焊接构架的多条S-N曲线方程,在此基础上采用整体名义应力法和局部缺口应力法计算了关键主焊缝的寿命次数。结果表明:所有焊缝的寿命次数均大于2×10~6次,满足轨道车辆焊接接头设计标准要求;其中构架侧梁T型角接头在垂向动载作用下寿命较低,应通过焊缝磨削处理降低其应力集中程度。由于名义应力法分析结果较缺口应力法更为保守,从结构轻量化和局部优化角度出发,采用局部缺口应力进行焊接结构疲劳寿命预测更具有优势。     

基于结构应力法的车体结构疲劳裂纹扩展与剩余寿命评估

为了弥补名义应力法不能针对具有初始裂纹的焊接结构进行评估的不足,采用结构应力法,在断裂力学的基础上推导了考虑裂纹扩展增量的焊缝裂纹扩展计算方法。以复铰式100%低地板有轨电车为研究对象,采用名义应力法确定了典型工况下车体疲劳强度薄弱焊缝的位置,并基于结构应力法提取了该位置的膜应力和弯曲应力,并应用焊缝裂纹扩展计算方法对车体薄弱位置的焊缝进行了剩余寿命评估。研究结果表明:初始裂纹的存在导致车体寿命远低于设计寿命(1E7),但仍然具有一定的服役空间,可以利用焊缝裂纹扩展计算方法对含有缺陷的结构进行剩余寿命评估,并根据计算结果制定相应的维修策略。     

基于计算载荷谱的车下设备安装箱体疲劳寿命仿真分析

通过多体动力学仿真分析获得了车下设备安装箱体的载荷谱数据,以此作为输入,并综合有限元分析和疲劳寿命分析等多种CAE手段,对动车组车体下吊挂的设备箱体在计算载荷谱作用下的疲劳寿命分布进行了仿真分析。研究表明,多体动力学与结构有限元、结构疲劳寿命协同仿真分析方法为在设计阶段预测车下悬吊设备结构的可靠性提供了有效的手段,可以用于结构设计阶段的动强度校核和结构优化。     

B120型地铁铝合金车体疲劳寿命预测

B120型地铁铝合金车体为整体承载全焊接结构,主要采用大型中空铝合金型材组焊而成。通过有限元方法对B120型地铁铝合金车体结构进行强度计算;选取典型线路的载荷谱,根据静强度计算的结果,折算出对应评估点应力幅;基于IIW标准,运用麦因纳疲劳累积损伤理论,对B120型地铁铝合金车体的关键点进行了疲劳寿命预测。     

转向架构架焊缝疲劳寿命评估的等效热点应力法

等效热点应力法是焊接结构疲劳可靠性分析的一种新算法,已经在小试件上获得了成功应用,在轨道车辆转向架构架这种大型焊接结构上还未见应用,文中将该算法应用于高速转向架构架上。通过建立某高速转向架构架的精细有限元模型,采用等效热点应力法计算转向架构架上若干关键焊缝的节点应力以及疲劳寿命,并与厚度方向积分热点应力法作比较。等效热点应力法具有计算简单,计算结果准确,效率高的特点,能够很好的应用于转向架构架这种大型焊接结构的疲劳寿命评估和结构设计。     

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。     

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。     

基于多体动力学和有限元法的车体结构疲劳寿命仿真

提出一种多体动力学仿真和有限元法相互结合进行结构疲劳寿命预测的方法,并以机车车体结构为例进行了疲劳寿命计算。利用SIMPACK的多体仿真技术获得车体结构的动载荷历程;在ANSYS中利用准静态应力/应变分析法计算结构危险节点应力影响因子;根据模态分析技术确定车体结构固有频率和模态振型以及危险点位置。最后,基于动应力历程以及Palmigren-Miner损伤理论,利用FE-FATIGUE软件的基于应力的结构安全因子分析法对车体结构进行疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤预测和最终寿命估计。     

货车车体疲劳试验载荷谱编制方法研究

以C70车体为研究对象,实测得到车体载荷数据和疲劳关键部位的应力数据。对实测数据用于车体台架疲劳试验的载荷谱编制方法进行了研究,提出了利用车体载荷和应力同步响应关系编制疲劳试验载荷谱的方法。依据损伤等效原则,剔除了对车体损伤无贡献的小应力循环,简化浓缩了应力时间历程。利用载荷和应力测试的同步性,对实测载荷时间历程进行简化和浓缩,编制了适用于车体台架疲劳试验的载荷谱。结合累积损伤理论,对比分析了浓缩前后车体疲劳损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

新干线车辆车体的强度和安全性评价

介绍了日本新干线车辆的开发概况、车体所用材料与结构,以及作用于车体的载荷、强度评价疗法、车体应力的解析、材料许用应力的选取和强度评价步骤等。     

H型钢接触网支柱在风荷载作用下的疲劳性能分析

H型钢接触网支柱在高速铁路中得到广泛使用,直接影响铁路接触网系统安全。长期处于风荷载作用下,H型钢接触网支柱存在疲劳问题。通过建立数值计算模型,应用热点应力的表面外推法,对H型钢接触网支柱柱脚焊缝在风荷载作用下的疲劳性能进行分析。以兰新高铁H型钢接触网支柱为例,依据热点应力-寿命曲线,计算支柱焊缝的疲劳寿命。分析结果表明:其他条件不变的情况下,改变型钢规格和柱高,热点位置不发生变化;随着支柱高度增加,疲劳寿命降低21%左右;随着型钢截面的增大,疲劳寿命增加23%左右。     

基于疲劳寿命分析的地铁受电弓上框架改进

文章分析了地铁受电弓运行过程中导致上框架焊缝开裂的主要影响因素,采用增加加强筋的方式,降低焊缝区域应力,提高焊接处疲劳寿命。运用Matlab和ANSYS软件进行静力学和强度计算,根据疲劳强度曲线进行对比分析。分析结果表明:增加加强筋后,集中应力下降了36.4%,疲劳寿命是结构修改前的3.86倍。     

铁路正交异性钢桥面板典型疲劳裂纹寿命估算

针对铁路正交异性钢桥面板中典型疲劳裂纹形式,建立计算模型。采用有限元数值方法模拟钢桥面板应力分布,确定各典型疲劳裂纹最不利位置;利用有限元子模型技术模拟各疲劳裂纹位置焊接细节,分析焊缝引起应力集中程度及对疲劳裂纹产生所造成影响;依据断裂力学揭示疲劳裂纹扩展速率与裂纹周围应力场关系,对几种典型疲劳裂纹进行疲劳寿命估算。结果表明:在桥面板与纵肋连接处,桥面板疲劳裂纹寿命较短,而纵肋疲劳裂纹寿命较长,这与国内外现场实测及试验结果相吻合;在横梁与纵肋连接处,其主应力较大且应力集中效应明显,极易产生疲劳裂纹。     

高速铁路隧道线路底部结构累积疲劳损伤特性分析

利用侧向双轴拉-压疲劳损伤力学模型,建立隧道线路底部结构疲劳寿命分析方法。基于MIDAS GTS NX三维有限元分析平台,以武广高速铁路某双线隧道线路结构为研究对象,建立围岩-隧道衬砌结构-线路底部结构动力相互作用分析模型,研究隧道线路底部结构轨道板、混凝土支承层以及仰拱填充层动力响应特征与疲劳损伤寿命。研究结果表明,高速列车振动荷载在隧道线路底部结构内产生的动应力属于侧向双轴拉-压应力状态;隧道线路普通段底部结构疲劳寿命主要取决于轨道板,其疲劳寿命满足设计使用年限要求,而隧道端部线路底部结构的疲劳寿命则同时取决于轨道板和仰拱填充层,其疲劳寿命均少于60 a,达不到线路设计使用年限要求;隧道端部线路底部结构是隧道使用寿命设计的关键性控制因素。     

基于运用载荷应力频度分布评估转向架构架焊缝疲劳寿命的方法

针对转向架构架焊缝边缘部位,运用以往有损伤实例的车辆的运行试验,获得实际作用应力频度分布.同时,采用新假定的S-N曲线及传统的疲劳设计曲线,进行了上述部位的强度及寿命评价,指出这种方法能获得较稳定的寿命评价结果.     

焊缝余高对A7N01P—T4铝合金焊接接头疲劳性能的影响

分别对4mm厚A7N01P—T4铝合金板材平滑对接焊缝试件和带余高对接焊缝试件进行了疲劳试验和分析。结果表明在10^7循环次数下。平滑对接焊缝的疲劳强度为120MPa,带余高对接焊缝的疲劳强度为90MPa。由焊缝余高造成的截面突变会引起应力集中,会削弱焊缝的疲劳强度。