基于疲劳驱动力能量损伤参数修正的非线性疲劳寿命预测

针对疲劳驱动力能量模型中变幅载荷间交互因子难以确定的问题,考虑载荷大小次序、载荷间的干涉以及疲劳损伤程度等因素对变幅载荷作用下损伤累积规律的影响,在引入能量准则确定损伤参数的基础上,将变幅载荷应力比、载荷循环比、疲劳损伤程度引入载荷间交互因子的计算,建立分别采用载荷循环次数比和实时疲劳损伤对交互因子进行修正的改进非线性疲劳寿命预测模型。根据Q235B和铝合金2种常用材料的焊接接头在多级变幅载荷作用下的试验数据,对改进的疲劳寿命预测模型的预测能力进行验证。结果表明:在变幅载荷作用下,改进的疲劳寿命预测模型能有效地对焊接结构的疲劳寿命进行预测,相比其他模型更接近于试验结果,且模型中仅含有2个比较容易通过试验确定的常规参数,无需引入其他参数,便于应用于实际工程结构的分析及设计。     

基于载荷相互作用效应的Corten-Dolan改进模型

针对变幅载荷作用下载荷间的相互作用效应对结构疲劳寿命影响显著的特点,在考虑小载荷、损伤程度和应力状态的基础上引入相邻两级应力比的幂函数对关键参数d进行修正,以表征载荷间相互作用效应的非线性影响,从而建立了改进的Corten-Dolan累积损伤模型.同时,引入参数k建立了此类改进模型的统一表达式.基于三种常用材料的试验数...     

动车铝合金车体焊接接头非线性疲劳累积损伤模型

动车铝合金车体焊接接头疲劳寿命对加载顺序比较敏感,而传统的Miner法无法考虑载荷加载顺序。本文在损伤曲线法的基础上,提出非线性累积损伤模型的数学表达式及参数拟合算法,给出平均应力情况下使用此模型的扩展算式,并对铝合金焊接的对接接头、角接接头进行两级加载实验。实验结果证明:本文模型计算误差小于10%,比传统的Miner模型有更高的精确度,说明这一模型可用于铝合金焊接结构疲劳寿命计算。     

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。     

超声冲击对转向架用16MnR钢焊接接头疲劳性能的影响

采用HJ2-Ⅱ型超声冲击枪,对转向架用16MnR钢的焊接接头表面进行超声冲击处理.利用EHF-EM200K2-070-1A疲劳试验机,采用较低载荷频率(低于10 Hz)对16MnR钢焊接接头超声冲击前后的疲劳性能进行对比试验.试验结果表明:在疲劳寿命为2×106时,焊接接头试样在超声冲击处理前后的疲劳强度分别为265和325 MPa,提高了22.6％;超声冲击处理后焊接接头的疲劳寿命是处理前的51～59倍.经过超声冲击处理后,焊接接头焊趾处的应力集中程度和焊接残余应力降低,表明超声冲击处理对提高16MnR钢焊接接头疲劳性能具有显著的效果.     

货车三轴转向架焊接构架抗疲劳设计

对比分析了国内外焊接构架设计标准,指出ASME标准中的主S-N曲线法是复杂焊接结构焊接接头应力集中分析与疲劳寿命预测的科学方法。采用该方法和TSI中的疲劳载荷对某货车三轴转向架焊接构架焊接接头应力集中进行了分析,结果表明,构架侧梁、心盘梁和横梁内的加强筋板与焊缝的相交处是焊接接头应力集中的主要发生部位。以降低焊缝应力集中为结构设计改进思路,对构架重新进行了设计,改进方案构架焊缝的应力集中得到相当大的缓解,应力幅值最大降低了75MPa,疲劳加载3个阶段焊缝的累积损伤均小于0.25。     

基于有效缺口应力的地铁构架疲劳损伤研究

地铁构架的疲劳失效在焊接接头的焊趾和焊根处均有可能发生,因此需要一种有效的疲劳评估方法来全面地分析转向架的疲劳可靠性。针对该问题,基于有效缺口应力法建立了某地铁转向架构架整体有限元模型,以及电机吊座翼板与横梁连接部位焊接接头的局部网格细化有限元模型,得到了焊接接头焊趾和焊根处的有效缺口应力分布。根据Miner损伤理论和对应的S-N曲线计算得到有效缺口应力法与名义应力法的累积损伤。结果表明,接头焊根处更易发生疲劳失效。此外,有效缺口应力法比名义应力法更加安全。为进一步研究不同载荷对损伤的影响,通过对比各载荷的累积损伤结果发现：对于有效缺口应力,损伤占比较大的5种载荷分别是扭转载荷、电机横向载荷、电机垂向振动载荷、电机驱动载荷、齿轮箱垂向振动载荷,其中扭转载荷占比最大,达30%～60%。文章验证了有效缺口应力法在地铁车辆构架疲劳评价中的安全性和适用性。     

焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响

为提供一种考虑焊接残余应力重分布效应的疲劳裂纹扩展数值模拟方法,并以此研究焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响,采用热弹塑性有限元法计算焊接残余应力,再基于计算机图形学与等参元逆变换提出应力映射技术,并借助该技术将计算的应力映射到疲劳裂纹扩展分析模型.采用NASGRO方程,考虑焊接残余应力的重分布效应,研究焊接残余应力对疲劳寿命的影响.研究结果表明:1)即使是很小的焊接残余拉应力也可能对材料疲劳寿命造成显著的降低.相反,很小的焊接残余压应力也可能显著地提高材料的疲劳寿命,本算例不到10％材料屈服强度的焊接残余拉/压应力,将疲劳寿命降低了/提高了25％/75％以上;2)焊接残余拉应力对疲劳寿命的影响随着应力的增大而增大,但增大的比例随着应力值的增大而显著减小;3)残余压应力对疲劳寿命的影响程度要比同值的拉应力影响大.此外,根据研究结果还给出了一些降低焊接残余应力不利影响及提高材料疲劳性能的工程建议.     

基于缺口应力法的转向架焊接接头疲劳性能分析

缺口应力法作为焊接结构疲劳设计的新方法以其较高的准确性而得到越来越广泛的应用。鉴于铁道车辆焊接结构尚未建立可靠的缺口疲劳寿命曲线,根据当前转向架焊接接头疲劳试验所提供的数据进行了缺口疲劳分析。疲劳试验名义应力数据源自构架常用材料S355J2所生产的2种焊接接头试样,包括低缺口效应的对接接头和高缺口效应的十字角接头。采用经验公式法和有限元方法对焊接接头的焊趾焊根缺口应力集中系数进行了分析,联合疲劳试验下的名义应力数据建立了转向架焊接接头的缺口疲劳寿命曲线。通过与IIW标准推荐的缺口疲劳曲线FAT225相比较,该曲线具有相当的疲劳等级和更小的曲线斜度;同时从差异系数的角度证明了缺口应力法比名义应力法具有更小的分散性。     

超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

为提高转向架焊接构架焊接接头的超高周疲劳性能,分别采用不同冲击参数和冲击方式下的超声冲击和机械打磨,处理动车组转向架用SMA490BW钢的焊接接头,并利用超声疲劳试验系统测试处理前后焊接接头的超高周疲劳性能。通过残余应力测试、金相组织和断口形貌观察,分析用超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明:在330 MPa应力条件下原始焊态接头的平均疲劳寿命约为0.252×107周次,经机械打磨后疲劳寿命可提高至1.232×107周次,提高约5倍;在2.0A冲击电流下对焊趾及焊根处进行20min的局部超声冲击后,其疲劳寿命可达4.978×107周次,提高约20倍;残余压应力的引入、表层晶粒的细化和焊趾外形的修整是焊接接头疲劳性能得到提高的主要原因;焊接接头经过超声冲击强化后,疲劳裂纹的萌生位置可能从焊趾或焊根处转移到材料表面其他缺陷处。     

提速转向架焊接构架疲劳寿命的实用分析方法

评估随机载荷作用下焊接构架的疲劳强度,并开展随机载荷下焊接构架疲劳寿命及可靠性研究。提出焊接构架疲劳控制部位的确定方法。开发用于采集应力时间历程的多通道、能连续十几小时工作的数据采集系统,研究了多种提高数据可靠性技术。建立基于累积破坏率的非线性二维疲劳累积操作准则及可靠性分析判据,在此基础上建立疲劳寿命及可靠性分析模型。对焊接构架用16MnR钢两种常用接头进行了系统的疲劳试验研究,得出接头疲劳性能数据曲面。对提速客车所用的209HS型转向架焊接构架的疲劳寿命及可靠性进行分析计算,得出可靠度为50%条件下大约可以运用5 75年;在99%的可靠度下,只能运用2 47年的结论。     

人工蚀坑对复杂应力场下钢桥焊接接头疲劳寿命的影响

为研究人工蚀坑对复杂应力场下钢桥焊接接头疲劳寿命的影响规律,以45°倾角全熔透承载角焊缝十字形焊接接头为研究对象,构造两种不同深度的人工半球形蚀坑模拟实际腐蚀情况;对不同蚀坑深度下的焊接接头进行轴向拉伸疲劳试验,建立疲劳缺口系数与蚀坑深度的关系;提出一种考虑蚀坑深度和应力幅的腐蚀疲劳寿命影响系数定义方式。结果表明:在相同蚀坑半径下,随着蚀坑深度的增加,疲劳缺口系数及其变化率均增大,疲劳缺口敏感系数为0.389;不同蚀坑深度和应力幅下焊接接头的疲劳寿命不同,蚀坑深度对疲劳寿命的影响更灵敏;基于腐蚀疲劳寿命影响系数得到的疲劳寿命预测值与试验值最大相对误差为-21.5%,表明两者吻合较好,因此环境腐蚀下应综合考虑蚀坑深度和应力幅对焊接接头疲劳寿命降低程度的影响。     

基于实测载荷谱的C_(80)车体疲劳寿命评估

结合神华集团C_(80)万吨列车车体载荷谱实测试验,编制了符合神华集团自有铁路线路特征的车体垂向、纵向、侧滚和扭转载荷谱。基于AAR标准中疲劳损伤计算方法和焊接接头疲劳特性,计算不同编组位置车辆关键部位损伤值,基于此评估C_(80)车体关键部位疲劳寿命。通过对比载荷谱下损伤和实测应力损伤并优化载荷谱校准系数,使载荷谱符合实际工程运用要求。     

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。     

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。     

车辆焊接结构疲劳寿命评估方法研究

为在设计阶段实现车辆焊接结构的抗疲劳设计,在研究AAR/BS/IIW标准的疲劳算法原理和焊接接头疲劳性能参数的基础上,给出基于AAR/BS/IIW标准进行车辆焊接结构疲劳寿命评估的方法和技术路线。依据AAR标准分析某公司出口的全钢焊接结构矿石车车体的疲劳寿命,结果表明:该出口矿石车车体焊接结构的最短疲劳寿命发生在中部横梁腹板与横梁下盖板角接焊接区,寿命年限为59.4年,满足25年设计寿命的要求;通过与IIW标准中提供的焊接接头结构的对比分析,提出对某提速客车转向架焊接构架的定位座根部焊接结构进行打磨的改进方案。数据表明:改进方案明显提高了定位座根部焊接接头的寿命。经对比分析可以看出,基于IIW标准的焊接构架疲劳寿命预测结果与疲劳试验结果比较接近。     

货车焊接结构疲劳寿命预测研究

基于国际焊接学会标准和英国标准,结合有限元静强度结果和实测载荷谱,对某出口运煤车车体关键部位典型焊接接头形式进行了疲劳寿命对比分析。结果表明,合理选择焊接接头形式和焊接工艺可以成倍地提高结构的疲劳寿命。     

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...     

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.     

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。