通过不同的方法分析了铁路车辆焊接结构疲劳强度

大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译1通过不同的方法分析了铁路车辆焊接结构疲劳强度摘要：最大载荷的疲劳极限的方法（恒载荷幅）和变幅载荷的累积损伤的方法都是对机车车辆的转向架疲劳评估建立的方法。这些方法都用于一个轻轨车辆转向架的垂直主载荷。评估工作，是为了根据EN13749的规定规范负载]1[，也为了垂直力谱范围能够从该铁路车辆的多体系统仿真导出。多体系统仿真可以提供更真实的负载，这取决于其在实际的铁路中的应用情况。这些不同的疲劳评估允许了规范的荷载要求与现实的负载条件的比较。在一般的情况下，应力分析是基于名义应力法。另外，对于涉及到的区域最大应力，执行一个缺口应力分析。对某些压力点的应力分析比较结果表明了，实际荷载的假设和不同的评价方法的疲劳评估的潜力和优点。关键词：疲劳评估机车车辆的转向架构架耐力极限的方法累积损伤的方法名义应力分析缺口应力分析1.简介大量的对机车车辆转向架强度评估的不同的计算与实验测试是必须的。相关的欧洲标准EN13749]1[是基于旧UICKODEX615]2[，并且需要机械强度的四个阶段的验收：静强度及疲劳强度计算，静态和动态载荷的静态测试，耐疲劳定义的测试计划，根据服务跟踪和人生轨迹测试。对于前三个阶段，EN13749包含了相关负载不同的铁路应用的假设，即规范荷载的要求。根据这一标准，这是可以用持久极限法和累积损伤法证明的疲劳强度。通常情况下，计算疲劳评估耐力极限，因为它是快速决定有关结构发展过程的简单方法。第二验收阶段是对计算结果进行检查。在第三阶段，疲劳强度是证明一个定义的载荷谱。对转向架框架进行控制，使得没有裂缝显露。最后验收阶段可以通过累积评估损伤方法。附加载荷的假设是提供多个铁路车辆系统仿真机构。在多体系统模拟中，真正的铁路应用条件可以考虑更充分，如实际荷载的变化取决于轨道的特性（直线，数量和半径曲线）在有效载荷的变化。对仿真结果的评估需要用累积损伤方法。这种方法的结果不能直接与疲劳持久极限方法的结果进行比较。在本文中，通过累积损伤方法对等效应力的测定来对各种评价方法进行比较。这是新的转向架构架评估过程的解决方案。使用一个转向架一些高负载的焊接接头来对各种评价方法进行比较。这种转向架框大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译2架无论是有轨电车还是郊区的载客车辆上的转向架都可以。一般来说，这些不同的荷载假设以及强度评估是基于名义应力法。此外，对于最大应力区，应用有效的缺口应力法。铁路结构中的这种应用方法是不正常的，因此不存在足够的经验。命名21,ZZFF垂直力由于车体铁路车辆荷载yF车体与构架间的横向力由于贯穿曲线21,xxFF车体和转向架之间的纵向力由于牵引和制动辊系数车身由于运行通过曲线反弹由于车身在轨道上运行时的动态特性系数321,,nnn周期数为准静态荷载试验方案中根据]1[21,,NNN应力范围的周期数iN应用应力范围内的周期数dSiS,,jN应用应力范围内的周期数dSjS,,1S名义应力)1(zS名义应力分量对点（1）单锥和双角焊T型接头对接焊缝)2(zS名义应力分量对点（2）单锥和双角焊T型接头对接焊缝)3(xS名义应力分量对点（3）纵向双面角焊缝)4(yS名义应力分量对点（4）纵向双面角焊缝dS名义应力范围的动态部分qsS名义应力范围的准静态部分dSS,最大的名义应力范围（恒载荷幅）dSiS,,名义应力设计值范围（负荷）以上膝关节点（可变荷载幅值）dSjS,,名义应力设计值范围（载荷）下膝关节点（可变荷载幅值）FRS,额定疲劳类（脂肪–疲劳强度6102周期）LRS,S–N曲线名义疲劳强度dSeqS,,等效名义应力范围load通过计算强度评估的部分安全系数test通过试验强度评估的部分安全系数D矿工和指定的1m以上边坡的S–N曲线的拐点2m边坡的S–N曲线的拐点dSiS,,应力设计值范围（负荷）膝上点dSjS,,应力设计值范围（负荷）膝盖以下点LRS,应力设计值范围（电阻）在膝关节S–N曲线点大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译3tK焊接接头应力集中系数21,tt板的厚度a焊接接头的焊缝厚度g焊接接头根部面长度缺口半径对焊接接头焊趾NRS,焊接接头疲劳强度的有效的缺口NSS,计算了焊接接头缺口应力范围2.假定转向架载荷根据EN13749图1显示了转向架的结构，主要是转向架的力和边界条件。主要的载荷是垂直力载荷，车身扭转载荷(21,zzFF)，由于牵引和制动施加横向力时的运行通过曲线(yF)进一步负载的纵向力（21,xxFF），阻尼力和风荷载的横向力。以下的应力分析和不同的疲劳评估的比较参考主要垂直疲劳载荷。这些垂直力，应用在侧架包括：静态部分2/21zZzFFF,准静态部分2/21zZzFFF一个动态的部分2/21zZzFFF在上面的关系中α是运行通过曲线的辊系数，β是在轨道上运行时的动态过程的反弹系数。分析转向架的定义：α=0.1，β=0.2，一个准静态垂直力，有20个弹跳动态垂直力。这些最大垂向力是第一和第二的疲劳评估的基础验收阶段。在疲劳试验方案中，负荷序列如图2所示根据]1[。对于垂直力，有下面的关系，图2中的力的符号和本文采用的力的符号，应用：2/zsFF，2,1qsqsFF，2,1zddFF。3.常幅载荷下的疲劳评估疲劳极限的方法3.1.名义应力分析当前铁路最常使用的结构疲劳评估方法是采用名义应力与动态和准静态荷载作用下的最大疲劳极限的方法。这是一个相对简单的方法给出了相关应力的快速测定，它允许转向架结构疲劳设计的快速评估。这对于结构的发展过程是很重要的。转向架的主要荷载是纵向和横向力由于车体的支持。这些力，有限元分析的应力计算结果(FEM）是在图3中显示的名义上的主应力分布根据S1根据]5[。与有限元模型组成的壳单元进行了应力计算。以最高应力水平应力分为不同的疲劳评估的比较。在图3中，这些压力点表示几个大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译4焊接点。这些都是以下几点与名义应力评价脂肪类根据IIW推荐]3[和与相关的最大应力分量：压力点（1）-标志在表1和3-5)1(zS：–焊接连接板厚度30毫米，板厚12毫米（见图4），–T形接头焊缝横向应力，–单斜面对接焊缝（HY对接焊缝）和双角焊缝（HY的对接焊缝和角焊缝厚度10毫米厚度=3毫米），–脂肪类：脂肪63。带约束的边界条件：XU在X方向位移yU在Y方向位移ZU在Z方向位移图1与主要垂直转向架结构，横向和纵向力对转向架大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译5图2疲劳试验加载顺序按[1]压力点（2）-标志在表1和3-5)2(zS：–焊接连接板厚度30毫米，板厚12毫米（见图4），，–T形接头焊缝横向应力，–单斜面对接焊缝（HY对接焊缝）和双角焊缝（HY的对接焊缝和角焊缝厚度10毫米厚度=3毫米），–脂肪类：脂肪63。压力点（3）–标志在表1和3-5)3(Sx：–焊接连接法兰盘（t=12毫米）和梁（t=10毫米）的纵向梁（梁），–T型接头与纵向焊缝应力，–双面角焊缝（厚度=6毫米），–脂肪类：脂肪90。压力点（4）-标志在表1和3-5)4(Sy：–焊接连接法兰盘（t=12毫米）和梁（t=8毫米）的横向梁（梁），–T型接头与纵向焊缝应力，–单斜面对接焊缝（HY的对接焊缝和角焊缝）（HY-butt焊缝厚度为10毫米，焊缝厚度=3毫米），–脂肪类：脂肪90。压力点（1）和（2），最大应力发生在角焊缝的焊趾根部间隙由于一个非常小的（约2毫米）。根部间隙或根面长度是T型或十字接头内非焊接区（见图5）。在图3中，主应力的分布是正常结果的图形表示的有限元计算。这是正常的输出不包含关于主应力方向的信息，因为这个方向是可变的，取决于感兴趣的点的位置。这些选择的压力点，表1包含最大公称应力分量的有限元计算。此外，这些荷载最大应力范围和计算许用应力范围比表示在这个表格。疲劳的评价是要求的指导的DVS1612]6[，这对德国铁路结构焊接接头的疲劳极限的方法是有效的。本指南包含的耐力极限值在6102周期循环滚动的机车车辆结构焊接接头试验中。3.2.缺口应力分析对于确定的疲劳强度评估，一个缺口应力分析是有用的，因为焊缝几何形状的影响可以得到更好的估计（如焊缝喉厚）。在国际焊接学会建议]3[，有效的缺口应力方法的疲劳性能是更换缺口半径等于=1毫米焊趾和焊根。有关缺口应力可以通过有限元方法，或通过适当的应力集中系数Kt计算。对于这样一个应力集中系数的确定，有几个参数的公式，例如在]9[。缺口应力与压力点（1）T型接头进行了分析。根据表1，有最大比例的计算名义应大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译6力对应的疲劳性能这一点应力。图4显示了该焊接接头的细节。这个T型接头，最大应力发生在焊趾（参见3.1节）。对T型接头焊趾缺口应力可近似用应力集中系数的计算公式确定为十字接头。Kassner.M国际疲劳杂志34（2012）103–111