Goodman-Smith疲劳评估修正方法研究及在轨道车辆中的应用.pdf
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1、书 书 书 铁道技术标准第卷 第期 收稿日期:;修回日期:疲劳评估修正方法研究及在轨道车辆中的应用王悦东,田博雅,何紫薇(大连交通大学高速列车服役安全关键技术铁路行业重点实验室,辽宁大连;中国铁路北京局集团有限公司北京动车段,北京)作者简介:王悦东,年月生,大连交通大学机车车辆工程学院院长,教授,博士,电子邮箱:。主要从事研究方向:车辆结构分析与现代设计方法、数字化仿真分析与优化、结构疲劳虚拟仿真()。摘要:曲线在轨道车辆疲劳评估中应用广泛,但 标准中提供的曲线在使用过程中存在安全裕量不高和焊缝数据缺乏合理性的问题。本文首先分别采用标准中提供的曲线和 标准对种典型焊接接头模型进行疲劳强度评估,
2、证明曲线评估的结果较为宽松。其次,为使曲线能够适应实际情况出现的非对称循环载荷,提出非对称循环疲劳强度向对称循环的转换公式,实现 标准中脉动循环向曲线所需对称循环的转换。然后,根据 标准提供的曲线修正循环次数为 次下的对称循环疲劳强度,并结合标准,绘制改进后的八边形曲线。最后,分别改进前后的曲线对某转向架构架的关键焊缝进行疲劳强度评估。结果表明,改进后的曲线可以有效解决安全系数过大导致的疲劳评估结果过于宽松以及焊缝数据缺乏合理性的问题。该设计改进的曲线更加符合工程应用需求,为转向架构架焊接结构评估方法提供了新参考。关键词:曲线;疲劳评估;焊接接头;转向架构架文章编号:()中图分类号:文献标识码
3、:,铁道技术标准(,;,):,:,():,:;:():引言焊接结构具有连接性好、重量轻、效率高等优点,故广泛应用于轨道机车车辆,研究表明,焊接结构的失效绝大部分是焊缝区域的疲劳裂纹或断裂造成的。转向架构架作为典型的焊接结构件,在实际运行中承受着复杂多变的载荷,因此准确评估焊接位置的疲劳强度尤为重要。焊接结构常见的疲劳强度评估方法包括名义应力法、热点应力法和结构应力法等,名义应力法广泛应用于铁路行业,主应力准则和曲线是进行疲劳强度评估的主要依据。采用何种方法进行转向架构架的疲劳强度评估一直是研究的重点。根据 标准,采用曲线对摆式列车转向架构架进行强度分析,结果表明试验实测应力分布与仿真结果一致。
4、等用试验数据与有限元仿真分析计算的焊缝局部应力进行对比,结果表明在两条焊缝相交的位置结构热点应力有增大的趋势。杨亚强通过焊接接头的疲劳试验绘制出种不同焊接接头的曲线。卢耀辉等结合标准对多轴载荷下的转向架构架进行强度计算,并根据曲线编写疲劳强度评估程序。周张义等提出 报告中提供的疲劳极限图在实际应用中存在的问题。王皓宇等采用 报告中提出的疲劳强度校核方法,基于 标准修正图,同时采用标准计算构架焊缝位置的累积损伤。目前国内在疲劳强度评定标准方面广泛使用 机车车辆强度设计及试验鉴定规范(王悦东等:疲劳评估修正方法研究及在轨道车辆中的应用)标准中的曲线,该标准提供的种常用钢材的疲劳极限图是根据德国等材
5、料的疲劳试验数据所绘制的,并且曲线只包括母材、对接接头和搭接接头,除此以外焊接工艺也与我国转向架的焊接工艺也有所不同,所以还需要进行更深入的研究。针对曲线在使用过程中存在安全裕量低和焊缝数据缺乏合理性的问题,本文提出非对称循环疲劳强度向对称循环的转换公式,实现了 标准中脉动循环向曲线所需对称循环的转换。然后,根据 标准提供的曲线对循环次数为 的对称循环疲劳强度进行修正,并结合标准,绘制改进后的八边形曲线,最后应用转向架构架有限元分析结果验证其正确性。曲线绘制 曲线绘制方法八边形曲线见图,曲线的绘制基本思想为:材料屈服是疲劳强度的极限,因此在考虑平均应力实施修正时,用水平截线和以及垂直线截点、和
6、来控制极限状态;压缩屈服前,平均应力不影响疲劳应力幅,因此有平行线与。其中:为给定疲劳寿命下的对称循环疲劳强度,;为拉伸极限强度,;为应力幅,;为拉伸屈服极限,;为压缩屈服极限,;、分别为最大、最小应力,。图八边形曲线疲劳极限图具体的绘制方法如下:()以平均应力为轴、最大应力和最小应力为轴建立直角坐标系。()过原点做平均应力线一条与夹角为的直线。()在坐标系中找到拉伸强度极限点(,)、正负对称循环疲劳极限点(,)、(,),连接、。()过点(,)做水平线与直线交于点、与直线交于点。()过点作垂直线交直线于点,连接直线。()过点、点分别作的平行线、。()过(,)做水平线。()过点作垂直与相交于点,
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