转向架构架疲劳应力计算与评估

为评估某低地板车辆焊接转向架构架的疲劳强度,采用ANSYS有限元仿真软件搭建转向架构架三维有限元模型,分别计算母材、打磨的焊缝边缘部位和不打磨的焊缝边缘部位的3组包络线的许用应力,与11种动载荷的组合变化应力相比较,评价构架的疲劳强度是否满足设计要求。结果表明:转向架构架母材和打磨过的焊缝边缘部位疲劳强度满足要求;在转向架构架安全裕量较小的焊缝部位必须打磨才能满足疲劳强度要求。     

基于结构应力的转向架构架焊缝疲劳强度研究

为了解决现行标准中转向架构架焊缝容许疲劳强度数据存在的问题,针对当前的各种结构应力方法和数据,就其在焊缝结构应力测试、容许应力幅、设计值存活率、平均应力修正、焊缝修整疲劳强度提高及极限容许应力确定等方面的关系和差异进行对比,并构建了Q345钢焊缝基于实测结构应力的疲劳图和S-N曲线. 结果表明:转向架构架焊缝结构应力的实测可沿用B12/RP17规定的方法,即采用6 mm长的应变片并将其前端紧靠焊趾边缘布置;建议借鉴IIW (International Institute of Welding) FAT100和FAT90两组基本数据,并应用其平均应力和焊缝修整疲劳强度提高的修正方法,构建更加合理的基于实测结构应力的焊缝容许疲劳强度数据;对于2 × 106次循环数对应的疲劳图,极限容许应力可参考DVS 1612规定的方法,由母材屈服极限除以相应的安全系数确定.      

多轴转向架焊接构架焊缝应力集中分析与寿命研究

利用美国ASME-2007标准中的结构应力法和有限元数值分析技术,研究某多轴转向架焊接构架焊缝结构应力分布规律,指出在垂向斜对称载荷工况作用下构架应力集中发生部位;以降低焊缝应力集中为出发点,对焊接构架结构进行改进设计.构架改进结构后焊缝结构应力幅值降低,疲劳寿命显著提高.     

转向架构架动应力解耦分析

采用车辆刚体动力学分析模型和Ｕｅｗｍａｒｋ直接积分法计算了直向通过道岔时２０９ＨＳ转向架构架的载荷一时间历程;在建立构架有限元分析模型并编制流程控制文件后,采用ＡＮＳＹＳ软件中的瞬态动力响应分析模块计算了直向通过道岔时构架的动应力。结果证实对构架进行实用的动应力分析是可行的。     

基于IIW标准的提速客车转向架焊接构架疲劳寿命预测

基于线路动应力测试得到的动应力谱,考虑焊接结构的特殊性,以国际焊接学会IIW标准中疲劳设计规范提供的焊接接头S-N曲线数据库为依据,利用Palmgren-M iner累积损伤法则,对某提速客车转向架焊接构架进行了疲劳寿命预测.预测结果与疲劳试验机的试验结果对比表明,基于IIW的疲劳寿命预测方法有推广价值.     

基于IIW标准的提速客车转向架焊接构架疲劳寿命预测

基于线路动应力测试得到的动应力谱,考虑焊接结构的特殊性,以国际焊接学会IIW标准中疲劳设计规范提供的焊接接头S-N曲线数据库为依据,利用Palmgren-Miner累积损伤法则,对某提速客车转向架焊接构架进行了疲劳寿命预测.预测结果与疲劳试验机的试验结果对比表明,基于IIW的疲劳寿命预测方法有推广价值.     

高速列车转向架构架动应力计算与疲劳全寿命预测

建立了车辆结构的刚柔耦合动力学模型, 对比了刚性构架和柔性构架的振动响应, 计算了构架的载荷谱; 分析了应力谱转化方法, 利用有限元方法与多项式拟合方法计算了构架的动应力谱; 基于动应力谱与相关标准, 运用线性累积损伤理论与疲劳裂纹扩展寿命Paris方程计算了构架的疲劳全寿命。计算结果表明: 相比于多刚体车辆系统动力学模型, 采用考虑构架柔性的车辆系统动力学模型计算的构架振动加速度响应在构架固有频率36.94~95.53Hz范围内的幅值较大, 因此, 构架的模态对振动响应的贡献显著; 将载荷谱转化为应力谱的多项式拟合方法与瞬态分析方法相比较, 应力误差最大值为1.16MPa, 相对最大误差为3%, 满足工程分析5%的计算精度要求; 基于疲劳损伤理论计算的可靠度为95%的构架疲劳寿命为1.82×10⁶ km; 构架危险关注点裂纹由1mm扩展到2mm的寿命为1.76×10⁶ km, 满足中国高速列车车辆检修标准中制定的五级检修周期为1.2×10⁶ km的要求。可见, 构架模态参与下的动态应力谱计算方法与构架的疲劳全寿命预测方法可靠, 有益于构架的动态设计与维修周期的制定。     

疲劳短裂纹形成和扩展物理模型

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性，建立了短裂纹形成和扩展的物理模型。从新的角度解释了短裂纹形成和扩展的异常特性。说明了疲劳极限载荷下非扩展裂纹的形成和短裂纹扩展门槛值随裂纹长度的变化趋势。该模型为进一步理解和处理短裂纹问题建立了物理框架。     

基于结构应力法的焊接构架应力状态研究

采用结构应力法研究焊接构架焊接接头的应力状态.首先,结合结构应力法和BS EN15085-3:2007标准,提出焊接接头应力因数的计算方法,并归纳总结出确定焊接构架焊接接头应力状态等级的技术路线;其次,建立了包括焊缝在内的某焊接构架有限元模型,依据疲劳试验大纲中提供的疲劳载荷谱,分析了构架焊缝的结构应力分布特点,并利用结构应力法的98%可靠度-2σ的S-N曲线,对焊缝进行疲劳寿命预测,构架评估焊缝的总损伤均小于1,满足疲劳寿命设计要求;接着,基于构架评估焊缝的等效结构应力计算焊缝的应力因数,应力因数的最大值为0.79;最后,由应力因数的值,确定构架支撑座附近焊缝的应力状态等级为中.     

地铁转向架制动风管表面横向裂纹分析

某地铁公司在检修时发现某转向架制动风管断裂,作者采用宏观分析、元素分析、微观分析等手段对该制动风管进行分析,结果表明该制动风管裂纹件表面局部有沿晶腐蚀凹坑及腐蚀裂纹,并承受有一定的装配应力,这是其产生应力腐蚀疲劳裂纹的主要原因。     

钢桥面沥青混凝土铺装疲劳裂缝扩展数值分析

为揭示钢桥面沥青混凝土铺装裂缝行为机理, 分析了铺装层疲劳裂缝扩展阻力曲线, 利用复合梁疲劳试验数据, 采用三维有限元方法, 研究了铺装层裂缝启裂、扩展直至失稳的全过程。结果表明: 疲劳裂缝扩展阻力曲线形式与材料类型和“铺装层+钢板”复合结构有关系; 当天然初始裂缝长度为0时, 疲劳裂缝扩展一般存在3个阶段: 起始扩展区、稳态扩展区和失稳扩展区, 此时复合梁的疲劳寿命接近800万次; 当初始裂缝长度为10 mm时, 疲劳裂缝扩展直接进入失稳扩展区, 疲劳寿命约为200万次; 裂缝增长率与荷载作用次数之间存在良好的非线性关系。可见, 钢桥面铺装层宜选用空隙率小、易密实的铺装材料, 同时可根据荷载作用次数推断出铺装层疲劳裂缝的状态。     

Energy principle of corrosion environment accelerating crack propagation during anodic dissolution corrosion fatigue

A general method to predict the crack propagation of anodic dissolution corrosion fatigue is developed in this paper. Crack propagation of corrosion fatigue is presented as the result of the synergistic interactions of mechanical and environmental factors, and corrosive environment accelerates crack propagation mainly in term of anodic dissolution. By studying the variation of mechanical energy and electrochemical energy of anodic dissolution during the crack propagation process, an explicit expression of crack propagation rate is derived by the conservation of energy. The comparisons with experimental data demonstrate the validity of the proposed model. Moreover, the applicable upper-limit crack length for steady crack propagation is determined and the crack propagation life is evaluated.     

转向架焊接残余应力的测试及退火工艺

利用磁弹性法测量了材质为16MnR的CW-200型焊接转向架构架一定深度处的残余应力,分析了热处理前后构架中残余应力的分布及变化规律,并且研究了不同的退火工艺对焊后构架残余应力的影响．结果表明：构架焊接后存在较高的残余应力,在牵引杆座与横梁焊缝处最大值达到193MPa拉应力;而经过不同的去应力退火工艺处理后,残余应力的消除率不同．在630℃退火、保温3h工艺条件下试验用构架残余应力平均消除率最高,X、y方向的最大消除率分别为58．3％和54．6％．     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明：两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明：采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型

为实现在全应力强度因子范围合理进行结构安全性分析, 提出了概全门槛值和断裂韧度的随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型。考虑了平均应力效应, 以给定应力强度因子下裂纹扩展率服从对数正态分布为基础, 考虑数据分散性规律和试样数量对概率评价的影响, 将存活概率和置信度相融合, 由线性回归结合极大似然原理确定概率模型的参数。通过对铁道车辆LZ50车轴钢试验数据的分析表明, 模型从数学上良好描述了疲劳长裂纹从裂纹启裂到瞬时断裂的整个随机过程, 比较Paris、Elber和Forman模型拟合试验数据表明, 该模型相关系数最大, 拟合效果最好。     

结构模式对转向架构架扭转刚度的影响

将客车转向架焊接H形构架简化为由等截面直梁组成的模型,通过考察各梁在扭转载荷下的变形分布,研究降低构架扭转刚度的措施,并采用有限元方法对理论分析结果进行了验证。计算结果表明:侧梁上盖板开槽能使构架扭转刚度降低3%;改变横梁截面形式后,构架扭转刚度将减小19%,构架在超常载荷下的最大von_Mises应力降低3%。分析结果表明:构架侧梁上盖板开槽对其扭转刚度影响不大,并将引起局部区域较强的应力集中;横梁弯曲与扭转刚度对转向架构架扭转刚度有较大影响,将无缝钢管横梁改为箱型梁能够显著降低构架扭转刚度;同时,由于扭转刚度降低,构架在超常载荷下最大von_Mises应力也有所降低,轨道扭曲载荷对构架强度的影响减弱。     

基于力法的动车转向架构架参数化设计

基于结构力学中的力法原理, 对动车转向架构架结构几何尺寸进行参数化设计, 利用Microsoft Visual C⁺⁺6.0实现程序化。根据构架设计的原始参数、UIC 615-4—2003标准规定的计算载荷和载荷工况及制造材料的许用应力, 确定构架的总体尺寸和不同截面的几何尺寸, 分析动车转向架构架在各个载荷工况下的最大名义应力。通过计算应力与许用应力的比较, 检查构架结构尺寸的合理性。计算结果表明: 在构架结构方案设计过程中, 根据UIC 615-4—2003和EN 13749—2005标准的规定, 载荷工况1~13的von-Mises应力小于制造材料16Mn的许用应力230 MPa, 载荷工况14的von-Mises应力小于制造材料16Mn的屈服极限345 MPa, 构架的静强度满足设计的要求, 因此, 应用参数化设计可以快速有效地确定构架的结构几何尺寸, 提高构架的设计效率。