转向架焊接构架疲劳强度研究

论文摘要

随着铁道车辆运行速度的提高,焊接部位的疲劳破坏现象日益严重,焊接疲劳强度已经成为影响机车车辆关键部位运行可靠性的一个重要因素。而长期高速运行使转向架构架等关键部件的疲劳强度评定进入超长寿命范畴,对焊接结构的超长寿命疲劳强度评定成为研究热点。本文以焊接子样超长寿命的疲劳强度试验为基础,将有限元分析和疲劳分析有机的结合起来,较系统地完成了基于焊接子样实验数据的疲劳强度评定,为转向架构架焊接结构疲劳强度的评定提供了思路。本文利用ANSYS软件建立了考虑焊缝的焊接子样模型,并进行了单位载荷下的准静态分析,运用nSoft的FE-Fatigue模块完成焊接子样的疲劳评定。在仿真分析的基础上,完成了单面焊接十字接头、双面焊接十字接头、垂直焊接接头和加强筋板焊接接头的升降疲劳试验和成组疲劳试验,得到四种不同焊接形式的Goodman图和S-N曲线,并拟合得到S-N曲线的方程,为焊接结构疲劳强度的评定提供了基础数据。应用焊接子样超长寿命的疲劳试验结果,本文评估了典型焊接构架的疲劳寿命。论文利用SIMPACK动力学仿真程序得到了作用域构架上的动态载荷,建立焊接构架整体的有限元模型和应力集中部位的考虑焊缝的子模型,对不同运用条件下的疲劳寿命进行了预测,为构架的优化设计提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题提出及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状及发展趋势
• 1.3.2 国内研究现状及发展趋势
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 相关理论背景
• 2.1 结构疲劳设计思想
• 2.2 名义应力法
• 2.2.1 S-N曲线定义
• 2.2.2 平均应力及其他修正
• 2.2.3 焊接疲劳强度
• 2.3 应变寿命法
• 2.4 随机变幅载荷
• 2.4.1 疲劳累计损伤理论
• 2.4.2 Miner修正
• 2.5 雨流计数法
• 2.6 结构疲劳寿命估算方法
• 2.6.1 结构寿命评估的应力分析
• 2.6.2 结构疲劳寿命预测
• 2.7 本章小节
• 第3章 焊接子样疲劳强度分析计算
• 3.1 焊接接头简介
• 3.2 焊接子样疲劳仿真分析
• 3.2.1 十字单面焊接接头疲劳分析
• 3.2.2 十字双面焊接接头疲劳分析
• 3.2.3 垂直焊接接头疲劳分析
• 3.2.4 加强筋板焊接接头疲劳分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 焊接接头疲劳强度试验
• 4.1 十字单面焊接接头疲劳强度试验
• 4.1.1 十字单面焊接接头试样说明
• 4.1.2 测定超长寿命疲劳强度极限的实验
• 4.1.3 实验数据处理
• 4.1.4 修正的Goodman-Smith疲劳极限图
• 4.2 十字双面焊接接头疲劳强度试验
• 4.2.1 十字双面焊接接头试样说明
• 4.2.2 测定超长寿命疲劳强度极限的实验
• 4.2.3 实验数据处理
• 4.2.4 修正的Goodman-Smith疲劳极限图
• 4.3 垂直焊接接头疲劳强度试验
• 4.3.1 垂直焊接接头试样说明
• 4.3.2 升降法实验数据处理
• 4.3.3 修正的Goodman-Smith疲劳极限图
• 4.3.4 成组法实验数据处理
• 4.3.5 P-C-S-N曲线的确定
• 4.4 加强筋板焊接接头疲劳强度实验
• 4.4.1 加强筋板焊接接头试样说明
• 4.4.2 修正的Goodman-Smith疲劳极限图
• 4.4.3 成组法实验数据处理
• 4.4.4 P-C-S-N曲线的确定
• 4.5 本章小结
• 第5章 高速动车组转向架构架疲劳寿命预测
• 5.1 构架的疲劳分析流程
• 5.2 载荷时间历程
• 5.3 构架整体疲劳强度分析
• 5.4 齿轮箱吊座疲劳强度分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目