基于多轴准则的焊接构架疲劳强度分析方法

根据节点几何特征,提出焊缝坐标系的建立方法,计算节点在焊缝坐标系下的应力分量。参照DVS1612标准,提出基于多轴准则的结构疲劳强度分析方法。对地铁车辆转向架焊接构架典型焊缝的疲劳强度进行评估,指出所研究焊缝的疲劳强度主要受正应力分量的影响,剪应力对结构疲劳强度的影响较小。对比研究了不同分析方法下的节点材料利用度特征。结果表明,在压缩应力占主导的区域,基于多轴准则的分析方法将使评估结果偏于安全;对于抗疲劳能力较差的接头,基于多轴准则的分析方法,采用DVS 1612标准提供的疲劳曲线将获得偏于保守的计算结果。     

基于多轴疲劳评估方法的高原机车构架强度计算

为了准确评估高原机车构架焊接结构的疲劳强度,文章分析了不同的疲劳强度评估方法的适用性,研究了载荷计算的方法和工况组合方式,并通过建立有限元模型对构架进行多轴疲劳强度评估。评估结果显示：构架母材及构架主体焊缝的疲劳强度均能满足设计要求。     

基于DVS 1612标准的焊接构架疲劳强度数值解法研究

针对应用DVS 1612标准评估焊接构架的疲劳强度时,应力分量提取繁琐的问题。利用空间向量运算的性质,提出在焊缝评估点处建立局部坐标系的数值解法,进而将全局坐标系下的应力分量转化为局部应力分量。利用某地铁车辆焊接构架,验证该方法的可行性。结果表明,在有限元模型能够真实反映焊接结构的条件下,2种方案的计算精度都可以满足工程实际需要。采用方案一对曲线型焊缝进行疲劳强度评估时,应控制评估点处的尺寸比不超过0.16以保证计算精度,方案二计算精度不受尺寸比影响。     

动车组车轮多轴疲劳强度分析及修正

国内外研究结构多轴疲劳强度理论与方法的文献较为多见,尤其是金属母材的疲劳评估准则与行业标准都相对成熟。但即使在同样载荷作用下的同样结构进行多轴疲劳评估,各种评估方法所得结果都会有一定的差异。分别用Sines准则、Crossland准则和Kakuno-Kawada准则对动车组车轮进行多轴疲劳强度计算,研究对比各种方法得出的安全系数的大小,得到安全性最高的疲劳强度评估方法。计算结果表明,Kakuno-Kawada准则相对于其他多轴疲劳评估准则安全系数最小,安全度最高。由于Kakuno-Kawada准则中参数只考虑扭转应力对车轮的影响,评估结果存在一定的局限性。对该方法进行了修正,将对称扭转疲劳极限t_(-1)与对称弯曲疲劳极限f_(-1)的比值作为限定条件,使修正后的Kakuno-Kawada准则更符合动车组车轮实际运行受力情况,安全系数小于原准则,说明改进的Kakuno-Kawada准则计算方法更加安全有效,有利于保证动车组车轮的运行安全。     

不同焊缝简化方式下的多轴疲劳评估对比分析

为研究仿真中不同焊缝截面几何形状对所形成的焊接应力的影响,文章基于DVS 1612:2014及EN 15085-3:2007标准,针对转向架制动座角焊缝设立了三角形截面与底部凹槽两种结构方式,通过结构组合建立不同的焊缝模型,并分别进行静强度校核和多轴疲劳评估。结果表明:有三角形截面的焊缝模型,其多轴材料利用度相对无三角截面的焊缝模型最大增加25%;有底部凹槽的焊缝模型,其多轴材料利用度相对无底部凹槽的焊缝模型最多减小13%,且制动座静强度及疲劳强度满足要求。     

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。     

地铁转向架摇枕抗疲劳设计方法研究

基于转向架承载特征,确定了摇枕结构疲劳强度分析载荷,获得了结构在各计算工况下的应力分布,计算焊缝坐标系下的应力分量。根据DVS 1612标准提供的方法,确定了各应力分量的材料利用度和综合材料利用度,评估了摇枕结构的疲劳强度。分析结果表明,横向止挡座与摇枕下盖板间焊缝的疲劳强度主要受垂直于焊缝方向的应力影响,其余应力分量对结构疲劳强度的影响较小。结构强度试验验证了抗疲劳设计方法的有效性。     

铁道车辆转向架构架可靠性参数灵敏度分析

运用概率分析方法建立某转向架构架的参数化有限元模型。选取构架的材料属性、几何参数和载荷等作为随机变量,通过统计分析得到其分布参数。用构架母材和焊缝部位疲劳薄弱处的最大主应力和其许用疲劳强度建立疲劳强度可靠性失效状态函数。基于蒙特卡罗数值模拟方法,计算转向架构架的可靠度及参数灵敏度。分析结果表明:在所选择的随机变量中,空气弹簧部位的载荷变量和材料的许用疲劳强度变量对构架的疲劳强度可靠性影响较灵敏,而板厚变量和局部的载荷变量对构架的疲劳强度可靠性影响不显著。提出了转向架构架可靠性优化设计的建议。     

钢桁梁焊接构造细节的疲劳性能及基于XFEM的疲劳寿命评估

通过3组共9个试件的疲劳试验,研究沪通长江大桥主桁对接杆件中过焊孔构造细节的疲劳性能,通过扩展有限元方法(XFEM)结合断裂力学方法对过焊孔构造细节裂纹扩展阶段的疲劳寿命进行预测。研究结果表明:过焊孔与翼缘板-腹板焊缝交叉处的焊趾是过焊孔构造细节疲劳性能的薄弱环节;试验测得该细节对应200万次荷载循环的疲劳强度小于欧洲规范对类似构造细节的规定,过焊孔处腹板-翼缘板的角焊缝质量对构造细节的疲劳强度有重要影响;采用XFEM结合断裂力学方法预测疲劳裂纹扩展阶段的寿命与测试结果较吻合,可以作为疲劳寿命评估的手段。     

基于UIC和JIS标准的焊接构架疲劳强度对比分析研究

运用UIC标准Goodman-Smith图法和JIS标准的疲劳评价方法,以地铁转向架构架的侧梁焊接结构为研究对象,使用有限元法对其疲劳强度进行对比研究。以JIS标准中的裂纹扩展法和名义应力法分别评估单边角焊缝和背面焊接位置角焊缝的焊根疲劳强度,以UIC标准中的结构应力法评估角焊缝的焊趾疲劳强度。结果表明,使用UIC标准考核构架侧梁焊缝的焊趾满足疲劳强度要求,而使用JIS标准考核构架侧梁焊缝的焊根不满足疲劳强度要求,因此对于焊接构架角焊缝应结合2个标准对其焊趾和焊根综合进行疲劳强度评估。     

剪切型弹性车轮的刚度分析与强度校核

采用Yeoh橡胶本构模型建立了剪切型弹性车轮的非线性有限元模型,完成了剪切型弹性车轮的轴向与径向刚度计算,通过与试验结果对比,验证了该模型能较好地预测弹性车轮的刚度特性。同时考虑到弹性车轮各部件的结构与受力特点,分别采用单轴疲劳准则和Crossland多轴准则完成各部件的疲劳强度评估,得到各部件的疲劳安全系数。计算结果表明,弹性车轮轮箍、轮心与压环的疲劳强度能满足要求。     

高速动车组焊接构架多轴疲劳强度评估

焊接构架作为高速动车组的关键承载部件,所受载荷复杂,采用传统的单轴疲劳评估方法确定其安全可靠性的方法过于保守。为更好的反映焊接构架在实际运营过程中所受的多轴应力状态,提高焊缝区的有限元分析结果精度,以某型高速动车组焊接构架为例,基于最大主应力法将多轴应力状态转化成为单轴应力,采用修正的Goodman-Smith极限图评定了构架的疲劳薄弱区。在此基础上,引入安全裕量参数,采用Crossland和Papadopoulos多轴疲劳准则对疲劳最薄弱的转臂定位座焊缝区进一步评定,分析结果表明,焊接构架安全系数均大于1,满足疲劳强度要求,且采用Papadopoulos准则所得结果较Crossland准则所得结果保守。     

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。     

基于ANSYS的车轮参数化设计与疲劳后处理研究

为了快速设计及分析车轮的疲劳强度,基于VC++与APDL对车轮进行参数化设计,建立了友好的参数化设计界面;利用VC++与MATLAB混合编程法编制了专业的车轮疲劳后处理软件,程序的移植性好,可脱离MATLAB环境运行。根据UIC510-5标准对车轮进行了强度分析,利用4种多轴疲劳评定方法对车轮疲劳强度进行评定。比较研究表明,各种多轴疲劳方法评定的车轮辐板区域的安全系数分布趋势基本一致,最小安全系数存在一定差异,在车轮的疲劳强度评定中,认为UIC法应为最优选择。     

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。     

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.     

基于节点主应力的疲劳强度评价方法

提出了以节点最大第一主应力为控制变量，在载荷循环内将各工况下的节点应力在最大第一主应力方向上投影以确定应力变化范围，并采用Goodman图进行评价的疲劳强度评价方法。该方法对于焊缝和母材采用统一的处理方式，便于工程应用。以典型十字角接接头为例，分别采用热点应力法和文中方法进行疲劳强度评价，其结果接近，且方法评价偏于安全。针对某工程实例，本方法给出的高利用率区域与实际裂纹发生位置吻合，基于利用率推导的累积损伤计算与动应力测试给出的评价结果接近，验证了方法的有效性。     

用全尺寸疲劳试验进行铁路转向架疲劳设计评估

通过静载荷试验、疲劳试验和线路试验评估了电动车辆转向架构架的疲劳强度.对疲劳试验和线路试验中出现的应力历程的特征进行了评估,采用各种疲劳寿命评估方法对疲劳损伤进行了评估.试验结果表明,在载荷作用下,某些应变片测得的应力和应变按应变片所处的位置呈多轴状态.应根据位置和应力状态确定合适的疲劳评估方法.     

两种评定准则下的车轮疲劳强度分析

分别采用基于单轴疲劳理论的车轮疲劳强度评定准则和Dang-Van多轴高周疲劳评定准则2种方法,对同一车轮进行疲劳强度计算,比较2种方法的安全度和适用范围.结果表明:车轮疲劳强度在2种评定准则下均满足要求,车轮的疲劳危险区域位于轮缘侧辐板孔边中间位置,其中使用单轴疲劳准则评定辐板更偏于安全,而Dang-Van多轴高周疲劳准则适用于辐板孔的评价.     

基于热点应力法的转向架构架疲劳寿命工程评定方法

建立某机车转向架构架有限元计算模型,应用热点应力法分析焊接结构的疲劳强度,采用最为可能发生疲劳破坏部位处的应力幅值作为疲劳评定依据。用热点应力分析方法评定焊接构架疲劳强度,不必考虑实际焊缝形状,裂纹及缺口等焊接引起的应力集中现象,弥补了有限元建模焊缝的简化处理对焊缝疲劳强度评定精度的影响。