高速动车组焊接构架疲劳强度评估方法的对比研究

来源 :大连交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xindongmei
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随着高速动乍组相关技术的日益成熟,我国铁路运输事业正飞速发展。高速列车车体及关键承载部件中有大量的焊接结构,而焊接结构疲劳强度的高低直接决定着结构设计是否安全可靠。基于焊接结构疲劳性能的重要性,制定出一套适合我国国情的焊接结构疲劳强度评估方法已是行业发展的必然需求。目前,在铁路行业内的机车车辆设计领域,大都采用名义应力法评估焊接结构疲劳强度。但不同设计标准之间差异明显,给机车车辆设计人员造成诸多不便。为解决该问题,本文首先针对名义应力法范畴内应用较多的BS标准、IIW标准以及JIS标准进行研究并作对比分析;其次,将IIW标准中的名义应力法、热点应力法与美国ASME标准中的主S-N曲线法进行比较,研究它们的优缺点以及应用策略;再次,针对影响焊接结构疲劳强度的焊接残余应力、板厚以及焊后改进工艺等多个因素作对比分析;最后,根据上述内容的对比分析结果,本文选择某型号高速动车组拖车转向架为分析对象,选用主S-N曲线法对工程中易发生疲劳破坏的焊接位置作疲劳强度分析。本文通过对上述内容的研究,并联系铁路行业自身常见的疲劳问题,得出结论:适合高速动车组焊接结构疲劳强度的S-N曲线应该以应力范围为应力分析参数,并且选取焊接接头中高周期疲劳强度的试验结果作为设计寿命范围,同时要考虑存活率的影响,推荐的存活率为97.7%。名义应力法评估焊接结构疲劳强度时不受网格尺寸影响,但无法反映出局部几何变化带来的影响;热点应力法和主S-N曲线法均能反映出局部细节变化给焊接结构疲劳强度带来的影响,但网格尺寸对热点应力法计算精度影响明显,而主S-N曲线法却很好的解决了这个问题。残余应力对焊接结构疲劳强度的影响要通过用系数对S-N曲线修正的方法来体现,且类似于IIW标准,要给按照焊接接头类型给出详细的分类;推荐选用BS标准或主S-N曲线法中给出的厚度修正公式来体现板厚对焊接结构疲劳强度的影响;要明确给出各类焊后改进工艺为焊接结构疲劳强度所带来的提升效果,并最好将其作为焊接结构疲劳强度的安全裕度,而不要将其放在设计阶段内考虑。通过对比结果可知,主S-N曲线法无需区分焊接接头的具体形式,而且能反映出局部几何变化,同时其网格不敏感性又可以保证良好的计算精度,非常适合用来评估焊接结构的疲劳强度。最后用主S-N曲线法评估了该型号高速动车组转向架疲劳强度,其分析结果表明结构设计满足设计要求。服役过程中,抗侧滚扭杆疲劳损伤较大。根据计算出的等效结构应力曲线,极大地帮助了设计人员对结构进行有效的分析改进工作。
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