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含焊接缺陷的动车组车体疲劳寿命预测研究

刘业华  
【摘要】:铝合金具有高强度、低密度、无磁性以及良好的耐腐蚀性和成型性等特点,被广泛的应用在高速动车组制造领域中。但是,铝合金结构在焊接的过程中可能会出现咬边、未熔合、气孔、未焊透以及夹杂等焊接缺陷。若这些缺陷存在的数量较多或者尺寸比较大,则铝合金车体的疲劳寿命会显著降低。然而目前关于不同焊接缺陷对铝合金车体疲劳寿命影响的评定准则欠缺,所以通过试验与仿真相结合的方法,获得不同焊接缺陷对动车组车体疲劳寿命的影响规律具有重要意义。论文主要内容如下:⑴为了了解焊接缺陷对铝合金试件疲劳性能的影响,分别对带有咬边和气孔缺陷的6082铝合金焊接试件进行了疲劳试验,得到这两种缺陷试件的应力幅值与循环寿命关系数据;并根据获得的疲劳试验结果,拟合出不同缺陷试件的S?N曲线;应用结构应力法分别计算出带有以上两种焊接缺陷的铝合金接头疲劳寿命的“等效初始裂纹”;⑵建立某型号国产动车组中间车车体的有限元模型,参照BS EN12663-2010标准,对模型的12种载荷工况进行了静强度和刚度分析;并利用结构应力法、名义应力法以及Miner线性疲劳损伤累积理论,对车体的危险焊缝进行疲劳寿命计算;⑶参照拟合的S?N曲线,基于IIW标准预测含缺陷车体的疲劳寿命;将仿真计算得出的等效初始裂纹理论计算值映射到车体上,再基于结构应力法计算出带有焊接缺陷车体的疲劳寿命;通过试验拟合出了两种缺陷试件的S?N曲线;基于结构应力法计算出含这两种焊接缺陷的铝合金焊接接头疲劳寿命的“等效初始裂纹”;基于名义应力法和结构应力法开展了焊接缺陷对铝合金车体疲劳寿命影响的研究。研究结果表明,焊接缺陷的存在对动车组车体的疲劳寿命有显著的不利影响。


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