基于主S-N曲線法和修正投影法的焊接構(gòu)架疲勞強(qiáng)度分析.pdf

1、隨著我國(guó)軌道交通行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，車輛服役環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架作為車輛走行部主要承載結(jié)構(gòu)，其抗疲勞性能直接關(guān)系鐵道車輛運(yùn)營(yíng)安全。因此，如何采用合理、有效的方法和手段獲取疲勞分析所需應(yīng)力參量，進(jìn)而對(duì)構(gòu)架疲勞強(qiáng)度進(jìn)行分析評(píng)判，具有重要的研究?jī)r(jià)值和工程意義。本文圍繞焊接構(gòu)架疲勞強(qiáng)度評(píng)定這一主題，開展了如下工作:
　　1.梳理現(xiàn)有結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度分析手段與差異，對(duì)包括焊接構(gòu)架在內(nèi)的結(jié)構(gòu)抗疲勞性能評(píng)定方法進(jìn)行了歸納總結(jié)。簡(jiǎn)介了主S-N曲線法

2、及其在焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度評(píng)估中的應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)該方法具有的網(wǎng)格不敏感性特點(diǎn)和等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力獲取流程等作了說(shuō)明。
　　2.提出了一種新的用于結(jié)構(gòu)疲勞分析參量求解的修正投影法。該方法在傳統(tǒng)投影法基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建圍繞待分析部位的球面方向余弦族，以掃略的方式判斷最大應(yīng)力及其所在方向，且投影過(guò)程中能保留主應(yīng)力拉壓屬性，有效改進(jìn)了傳統(tǒng)投影法固有的可能誤判真實(shí)最大、最小主應(yīng)力的不足，獲得的疲勞應(yīng)力參量更加可信。以某轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為例，比較了利用修正投影法

3、與傳統(tǒng)投影法得到的疲勞應(yīng)力參量的差異，可見對(duì)模型部分節(jié)點(diǎn)而言，修正投影法得到的最大拉伸應(yīng)力較傳統(tǒng)投影法偏高，最大差異可達(dá)19.4％，而兩種方法得到的最小應(yīng)力甚至可能出現(xiàn)正負(fù)相悖的情況。
　　3.以T型角焊縫結(jié)構(gòu)為例，分別采用殼單元和實(shí)體單元建模，利用有限壽命設(shè)計(jì)范疇的主S-N曲線法和無(wú)限壽命設(shè)計(jì)范疇的修正投影法對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞參量進(jìn)行求解。通過(guò)對(duì)比可知，當(dāng)選取離焊根8mm處節(jié)點(diǎn)作為焊縫評(píng)價(jià)點(diǎn)時(shí)，四種組合下的疲勞參量大小及變化趨勢(shì)基本一致

4、，考慮殼單元模型存在剛度弱化這一局限，確定后續(xù)構(gòu)架疲勞強(qiáng)度評(píng)定選用實(shí)體單元離散模型。
　　4.以某地鐵車輛轉(zhuǎn)向架H型焊接構(gòu)架為對(duì)象，利用Hypermesh建立構(gòu)架有限元模型，在Ansys中完成了17種疲勞工況計(jì)算。一方面，從有限壽命設(shè)計(jì)角度出發(fā)，結(jié)合FE-Safe/Verity模塊求出焊縫處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，選擇主S-N曲線設(shè)置材料參數(shù)，求出了焊縫疲勞壽命;另一方面，從無(wú)限壽命設(shè)計(jì)角度出發(fā)，基于修正投影法，利用課題組自編后處理軟件Ans