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.     

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.      

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.     

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

基于等效结构应力法的电机机座焊接结构疲劳寿命预测

采用有限元法对牵引电机机座进行静强度计算,并在此基础上利用美国ASME标准中采用的等效结构应力法对牵引电机机座的主焊缝进行疲劳寿命预测,分析计算了该机座8条主焊缝的应力集中和疲劳寿命.计算结果表明:静强度结果满足没计要求,并且牵引电机机座的主焊缝具有良好的抗疲劳性能.     

一种新的焊接构架疲劳分析方法

为了在多工况下进行焊接构架多轴应力的疲劳强度评估,在直接法和投影法的基础上,将二阶张量坐标变换的性质应用于构架的多轴应力疲劳评估,提出了张量法.该方法将多轴应力转换到同一坐标系和同一截面下,根据获得的最大应力和最小应力进行疲劳评估.以某型转向架焊接构架为例,建立了该构架的有限元模型,计算结构在多工况下的应力,并用直接法、投影法和张量法计算了焊接构架的疲劳强度. 通过临界面法和Ncode软件的计算,验证3种方法的合理性.结果表明:考虑多轴应力方向的张量法明显优于另外两种方法,与Ncode计算结果误差最小,为4.42%.      

基于Kriging模型的焊接构架抗疲劳优化设计

利用Kriging近似模型技术,提出考虑焊接接头疲劳损伤约束的转向架焊接构架优化设计方法.根据国际焊接学会(IIW)的焊接接头与部件疲劳设计评估标准,基于Miner累积损伤理论,预测焊接接头的疲劳累积损伤;以板厚为设计变量,结构质量最小为目标,在尺寸约束的基础上,增加UIC515-4标准中超常载荷的最大应力、运营载荷的Goodman疲劳安全系数、疲劳试验过程焊接接头累积损伤为约束,创建焊接构架的抗疲劳优化模型;利用均匀设计法对10个设计变量进行120次试验创建Kriging近似模型,在近似模型上应用序列二次规划算法进行优化,在给定损伤要求下,构架质量减轻11.6%,此方法对复杂焊接结构的抗疲劳优化设计有一定的参考价值.     

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。     

惯性载荷作用下结构应力法焊接结构抗疲劳性能研究

基于结构应力法计算了焊缝的等效结构应力和累积损伤比,对这两种焊接形式在惯性载荷作用下的疲劳特性进行了分析.分析了采用名义应力法和等效结构应力法对有限元网格尺寸的敏感性,验证了采用等效结构应力法对网格尺寸不敏感;分析了焊缝类型、承载方向及焊接板厚度对结构疲劳寿命的影响.结果表明,当载荷方向垂直于焊线且垂直板所在平面时,焊缝的寿命最低,且对接焊缝比角焊缝更易发生破坏;在三个方向惯性载荷共同作用下,角焊缝的疲劳寿命要比对接焊缝疲劳寿命长;在保证焊趾两侧刚度协调的前提下,同时增加两个焊接板件厚度可以提高焊缝的疲劳寿命,只增加或者减少一个板件厚度,都会导致焊缝疲劳寿命降低,尤其是角焊缝.     

铁路车辆构架常用疲劳寿命评估方法对比研究

对铁路车辆转向架构架常用疲劳寿命评估方法 AAR/IIW/BS/ASME标准进行了方法原理和焊接接头S-N曲线参数研究,分别给出了不同评估方法的算法原理和工程技术应用路线过程.利用这四种疲劳寿命评估方法对工程实例某型转向架构架逐一进行了疲劳寿命计算.结果显示:BS标准算出损伤值均超过1是不符合实际的,AAR标准计算损伤值太小也与实际不符,IIW标准和ASME标准计算结果适中,但IIW标准计算结果离散度为47.92%偏大,ASME标准计算结果离散度为1.88%.即可以得出ASME标准比IIW、BS、AAR标准计算结果与疲劳试验结果更接近且一致性更好的结论.     

基于BS方法的拖车转向架焊接构架的疲劳评估

为了保证设计的转向架焊接构架的安全可靠性,运用EN13749-1999标准对CRH3型拖车转向架焊接构架进行静强度评定和疲劳强度计算,采用BS方法对焊接构架进行有效的疲劳评估,分析计算结果表明CRH3型动车组拖车转向架焊接构架强度和疲劳寿命满足设计要求.     

等效结构应力法在铁路车辆焊接结构中的应用

分析了罐式集装箱在运用过程中箱体框架的焊缝上产生疲劳裂纹的原因,并对焊缝裂纹处采取了局部补强方案,对原方案和补强方案采用等效结构应力法,对焊缝的疲劳寿命进行预测.结果表明补强后的方案使结构应力下降较大,进而增强结构的抗疲劳能力.     

构架裂纹扩展延迟效应

列车运行速度的提高和载重量的增加使其主要承载部件转向架构架的运行环境变得恶劣。为减小轮轨间的作用力, 要对构架进行轻量化设计, 由此引起了构架疲劳强度问题。对某高速列车构架的疲劳试验结果表明, 在给定的常规载荷作用下构架裂纹扩展速度出现延迟效应, 最终减小到零。应用弹塑性裂纹扩展与闭合概念和残余应力松弛概念分析了构架裂纹扩展延迟效应, 结果表明引起构架裂纹扩展速度减慢的主要因素是循环加载中残余应力的松弛, 而裂纹的闭合对裂纹的延迟也有重要影响; 计算了给定工艺构架状态和循环载荷下, 不扩展裂纹初始长度的最小值。     

锤击处理延长焊接接头疲劳寿命的研究

试验研究了１６Ｍｎｑ钢焊接接头试件在不同缺口长度下,经锤击处理前后,缺口处疲劳裂纹的萌生寿命及扩展寿命的变化,分析测试了焊接接头在锤击处理后的残余应力分布。结果表明,经锤击处理后的焊接接头缺口处的疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命大为提高,这主要是由于锤击引入残余压应力的缘故。     

基于网格不敏感结构应力的铝合金焊接接头疲劳性能分析

基于网格不敏感结构应力方法,对3A21、5A06、6061等铝合金焊接接头疲劳性能及影响因素进行研究.结果表明：网格不敏感结构应力方法较传统的名义应力方法,能更好地表征不同接头形式、材料、应力比及厚度等因素对焊接接头的疲劳影响.在应力比相同的情况下,接头板厚越小,疲劳性能越好;相同板厚条件下,应力比越小,疲劳性能越好;5A06铝合金焊接接头的疲劳性能普遍高于3A21铝合金焊接接头,但板厚相差较大时,疲劳性能主要取决于厚度因素的影响;同种材料在板厚及应力比相同的情况下,对接接头疲劳性能最好,十字接头次之,T型接头疲劳性能最差.     

焊接转向架结构可靠性疲劳寿命预估方法研究

本文以２０９型焊接转向架构架为研究对象，根据概率统计理论及及疲劳损伤原理，建立了结构在随机载荷谱作用下可靠性疲劳寿命的计算方法，利用实测整理的程序载荷谱和焊接接头疲劳试验数据，对该构架进行了实例计算，并将恒幅载荷下的计算结果进行了试验验证。     

利用磁弹性法测量快运货车转向架焊接构架残余应力的试验研究

利用磁弹性法测定了１２０Ｋｍ／ｈ快运货车转向架焊接构架用１６Ｍｎ钢的磁声特性曲线,并以此作为基础对构架５种工况下的焊接残余应力进行了现场测试,得到了构架上残余应力的分布规律,并对测试结果进行了比较。     

焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构架上的应用

铁路客车209T型转向架焊接构架横梁腹板与侧梁下盖板的焊缝出现的疲劳裂纹直接影响行车安全.采用美国ASME标准中的<网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法>,对该处焊缝进行了有限元分析,分析计算了该处焊缝焊趾与焊根上的应力集中,也计算了该处焊缝焊趾与焊根上的疲劳寿命与损伤.疲劳损伤计算结果与实际开裂情况相当吻合.基于这一方法,对改进设计的疲劳寿命及损伤再次进行了计算,结果表明:改进方案显著地提高了该处的抗疲劳破坏能力.上述研究与验证表明:<网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法>突破了传统名义应力法的局限性,在机车车辆焊接结构抗疲劳设计过程中,具有重要工程推广价值.