基于ASME标准的机车车辆铝合金车体疲劳强度研究

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随着我国铁路向高速重载方向的快速发展,对机车车辆的结构性能提出了更高的要求。车体既是整个车辆的支撑骨架,又是各种设备的安装基础。疲劳寿命是车辆焊接结构设计的一个重要指标,在交变或者随机载荷作用下,结构疲劳失效主要从焊缝处开始,其可靠性直接影响列车的安全运行。焊缝的疲劳寿命预测,长期以来都是世界性难题。基于名义应力的焊接接头的疲劳强度评定是目前普遍采用的方法。尽管名义应力法使用简便,但因其受焊接接头几何形状、焊接缺陷和受力状态等的限制,对于复杂的焊接接头有其局限性。美国华裔学者董平沙等人提出了一种等效结构应力法,这是一种新的焊缝疲劳寿命计算方法。此方法根据断裂力学原理并结合了大量的疲劳试验,采用对有限元法单元尺寸不敏感的结构应力和一条主S-N曲线来计算焊缝的疲劳寿命,在很大程度上提高了该方法的寿命预测精度。ANSYS在计算后产生大量的结果数据,其数据存储在结果文件中。在结构疲劳强度或者寿命分析中,需要获得承载结构在不同受力状态下的应力分布,基于有限元方法分析结果的应力数据,通过人工获得这些数据其效率较低。因此,本文研究分析了ANSYSRST结果文件的二进制存储模式,通过FORTRAN读取结果文件的数据,获得结构疲劳分析所需要的数据,缩减了后处理的时间,提高了工作效率。本文主要使用壳单元对某型城轨车辆铝合金车体建立有限元模型,基于EN12663-1标准设计静强度和疲劳强度分析的载荷工况和计算载荷,根据von Mises应力进行静强度评估;在满足静强度要求的基础上,使用FORTRAN语言,根据ASME标准的等效结构应力法编写焊缝疲劳分析程序,结合等效结构应力主S-N曲线对车体所选的重要焊缝进行疲劳寿命分析。
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