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。     

使用有限元法选择合理的焊接托架结构

建议根据焊接接头中应力三维分布的多方案计算比较分析的结果来选择国产机车和铁路车辆转向架焊接托架的合理结构。首先借助于有限元法来研究转向架所有构架全面的应力状况。接着借助界面元方法,详细研究焊接托架上三维应力分布,并考虑几何应力集中的因素和可能的焊接缺陷的因素。本文还列举了使用该方法改进电力机车转向架构架轴箱拨杆焊接托架的例子。     

电力机车转向架构架焊接补板疲劳强度分析

针对某型电力机车转向架构架补板部位出现的裂纹现象,在对转向架构架整体结构有限元分析的基础上,对焊接补板应力集中区域,采用"壳到体子模型"方法建立精细模型,得到该区域精确的应力分布情况.计算结果表明,采用子模型技术可以提高整体分析精度,同时针对应力集中情况,对目前塞焊的补板结构形式提出了改进措施,为工程应用提供了参考.     

高速动车组角焊缝应力集中的识别方法

针对高速动车组焊接构架角焊缝处应力集中无法采用名义应力法识别的问题,基于结构应力法,将角焊缝焊趾处的非线性应力分解为满足外载荷平衡的结构应力和自平衡的缺口应力,然后根据力的平衡方程得到各节点力及其力矩与线力及其线力矩间的对应关系,进而推导出结构应力的计算公式,并给出角焊缝应力集中识别流程;基于所给出的算法和识别流程,采用C/C++以及ANSYS软件提供的APDL语言开发出焊接结构应力识别专用软件WSS,对某高速动车组焊接构架上诸多角焊缝应力集中进行识别,验证了基于结构应力的角焊缝应力集中识别方法不仅能给出应力集中的具体位置,还能给出具体的应力峰值及其对应的疲劳寿命,可用于优化高速动车组焊接构架的抗疲劳设计。     

基于等效结构应力法的焊接构架疲劳损伤评估

针对在线路运营过程中某型焊接构架横、侧梁连接处多次出现疲劳裂纹的问题,建立包括3条关键焊缝在内的焊接构架有限元模型,利用等效结构应力法对构架关键部位进行疲劳损伤评估,并与构架线路动应力试验进行对比分析。结果表明:等效结构应力法具有网格不敏感特性;仿真分析得到了焊接构架关键焊缝的应力分布特征,3条关键焊缝处的最大等效结构应力分别为125.1、103.0、167.4MPa,计算得到其疲劳损伤值分别为2.13、1.16、5.30,均大于损伤值0.5;构架线路动应力试验得到的各关键测点疲劳损伤值与等效结构应力法的计算结果较为吻合,验证了等效结构应力法在焊接构架疲劳损伤评估时的有效性和可靠性。     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响因素

对转向架用SMA490BW钢焊接试样,采用冲击电流为1.5A、冲击时间分别为5,10,15或20min的超声冲击、低温热处理、机械打磨(磨平焊缝余高、打磨焊趾)的处理方法,通过残余应力测试和超声疲劳试验,对比分析应力集中、晶粒细化、残余应力等因素单独作用时对焊接接头超高周疲劳性能的影响程度,并借助扫描电镜观察疲劳断口,分析焊接接头超声冲击前后的裂纹萌生位置变化及失效模式。结果表明:经超声冲击或机械打磨后,焊接试样的疲劳寿命均得到不同程度的提高;磨平焊缝余高对提高焊接接头疲劳寿命最为显著,较原始焊接试样其疲劳寿命可提高约86.4倍;改善应力集中、细化表层晶粒、引入残余压应力对延长焊接接头寿命的贡献比分别约为59%,28%和13%;焊态及冲击态试样的疲劳裂纹大多萌生于焊趾表面,部分冲击态试样的裂纹转而从表面的机械加工的缺陷处萌生,少数从材料内部缺陷处萌生并扩展至断裂失效。     

高速动车转向架箱型梁和管型梁构架有限元对比分析

根据UIC 615—4和EN 13749—2011等相关强度标准,采用有限元分析软件,分别对高速动车转向架的箱型梁构架和管型梁构架在超常工况、特殊超常工况、模拟运营工况下进行静强度计算,并对两种构架在相同工况下的最大应力、应力集中位置等进行比较。结果表明,在相同工况下,箱型梁构架的最大应力比管型梁小,且避免了在管型梁和纵向梁连接过渡区、侧架和管型梁连接过渡区等处产生应力集中的问题。建议我国高速动车转向架构架采用箱型梁设计。     

缺口应力法在机车焊接构架疲劳分析中的应用

为了关注焊接接头的局部力学特征,引入弹性缺口应力法分析复杂焊接结构的疲劳强度。文章采用Neuber应力平均概念衡量微观约束效应,并探讨了虚拟缺口圆的构造理论和参数选取;提出在缺口应力的有限元分析中,局部模型的边界条件控制采用节点力法比位移法更能有效避免应力集中和应力分布不均。运用缺口应力法对设计阶段的机车焊接构架进行了疲劳分析,通过建立构架整体三维粘接模型和局部缺口模型,分析了焊接接头的缺口应力和累积损伤。本文为机车关键焊接部件的疲劳评估提供了一种新的方法。     

超声波冲击对转向架构架焊缝残余应力的处理效果研究

为了研究超声波冲击对轨道客车转向架构架焊接残余应力处理效果的影响,对对接试板及构架的对接焊缝分别进行了超声波冲击处理。采用X射线衍射法,对处理后的焊缝及热影响区表面进行了残余应力测试。测试结果显示：对接焊缝的纵向应力峰值出现在距焊趾2 mm处,拉应力值达到410 MPa,从焊缝中心线到焊趾外25 mm范围内的应力梯度达460 MPa;经超声波冲击处理后,纵向应力降至-400 MPa左右,应力梯度降至约150 MPa。横向应力峰值出现在距离焊趾5～10 mm处,应力值-50 MPa～50 MPa。超声波冲击处理再经打砂后,对接焊缝的表面残余应力水平相当,分布更加均匀,应力梯度降至100 MPa以内。研究结果表明：超声波冲击处理方法能够大幅削减焊缝区表面的高值拉应力,并将残余应力的分布明显均匀化。该方法对于削减转向架构架产品局部的高值拉应力具有实际应用价值。     

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.     

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。     

钢斜拉桥锚箱式索梁锚固区合理构造型式研究

针对苏州—南通长江公路大桥钢锚箱式索梁锚固结构进行了足尺(1∶1)静载试验和疲劳试验。采用空间有限元方法分析实桥和试验模型锚固区的应力与变形,将试验与计算结果进行比较,验证计算方法的正确性。探讨此种锚固结构的传力机理、应力分布。研究焊缝长度、加劲肋和横隔板等对腹板应力的影响,探讨锚固区设计的进一步优化。为优化设计做了大量仿真计算。提出改善应力分布、减小应力集中的措施。     

转向架构架焊接热应力缺陷分析

转向架作为列车走行装置,其性能直接影响着列车运行舒适性以及安全可靠性。构架作为转向架骨架,将转向架各个零部件组成一个整体,并且承受和传递各种力,因此在转向架机构中起着举足轻重的作用。对于现行CRH系列转向架构架而言,均为钢焊接结构,钢焊接结构易出现裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等缺陷,因此对焊接构架质量检测尤为重要。本文通过对焊接表面缺陷原因分析,选取了焊接构架裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等工件进行了焊接热应力分析验证,并提出了提高焊接构架强度的措施,对生产实际具有一定指导意义。     

转体施工的公路T型刚构桥梁转动结构设计

研究目的:对张石高速公路T型刚构转动结构设计的关键技术进行研究,解决水平转体球铰转盘的设计、球铰的加工及施工工艺等问题。研究方法:结合材料力学、弹性力学的计算理论,初步计算结构在静止状态下接触面上的受力情况;然后采用大型通用空间有限元程序ANSYS进行动力状态下仿真分析计算。研究结果:通过对公路T型刚构转动结构应力、应变、稳定等的研究,总结出一套完整的转动结构设计需检算的主要内容、步骤及计算方法。研究结论:在转动结构设计过程中,要根据转体结构自身特点,选择转盘形式及转盘的尺寸;用结构分析程序进行计算分析,解决转动结构转盘接触面上的应力、应变问题,据此确定经济合理的转动结构。     

利用巴克豪森效应测量转向架焊接构架残余应力

随着列车速度的提高,高速客车转向架构架在焊接过程中产生的残余应力对焊接构架性能的影响日益突出,其后果可能造成构架开裂,危及行车安全。因此测定并掌握焊接残余应力在焊接构架中的分布规律十分必要。利用巴克豪森效应测量转向架焊接构架残余应力是有效的方法之一。本文分析了巴克豪森效应测量原理,研究了系统的测量方法,并对大量测量数据进行了统计分析,从而确定了构件的残余应力分布,并从工艺上提出了消除残余应力的对策。     

HXD1型电力机车转向架构架设计

详细介绍了HXDI型电力机车转向架构架基本结构,并对构架进行了静强度和疲劳强度计算和试验,测试了构架线路动应力,总结了该构架结构设计特点,结果表明,构架强度满足要求.     

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。     

空气弹簧气室压力对地铁车辆转向架焊接构架疲劳强度的影响

针对焊接构架侧梁内腔作为空气弹簧附加气室的地铁转向架,运用国际铁路联盟给出的Goodman-Smith疲劳极限法,以转向架焊接构架上盖板单边角焊缝、下盖板和内部加强筋板双边角焊缝为研究对象,在EN 13749标准的主要运营工况下,分析考虑空气弹簧气室压力交变作用对焊接构架侧梁角焊缝焊趾疲劳强度的影响。结果表明:考虑空气弹簧气室压力的交变作用时,上盖板单边角焊缝疲劳特性相比于不考虑空气弹簧气室压力的交变作用会明显恶化,而下盖板和内部加强筋板双边角焊缝疲劳特性变化不明显。因此,针对焊接构架侧梁角焊缝进行疲劳强度评估时,需要考虑空气弹簧气室压力的影响更为合理。     

机车转向架构架拉杆座弹塑性分析及结构改进

利用通用有限元软件ANSYS对机车转向架构架拉杆座安装结构进行弹塑性静态结构有限元分析,通过细化网格,对拉杆座的焊接部位进行缺陷模拟,指出焊接缺陷是影响结构使用寿命的主要因素。文章主要研究了结构焊接处模拟缺陷后在最大起动牵引力作用下的应力状态变化;针对拉杆座的结构形式,提出了改进方案。