地铁转向架焊接构架协同设计方法研究

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1、万方数据目录5．2．1残余应力分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．2．2残余应力对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯545．2．3焊接变形分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯565．2．4焊接变形对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．575．3焊接速度对残余应力的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯575．3．1残余应力分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯585．3．2残余应力对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．605．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯．6l6转向架构架协同设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．636．1残余应力峰值及位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．636．2动应力峰值及位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯656．3协同设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯666．4残余应力与动应力耦合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯666．5残余应力对强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯696．5．1转向架构架强度评价标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯696．5．2无残余应力构架静强度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯706．5．3有残余应力构架静强度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯706．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯717结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．737．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯737．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯74参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯75附录A⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．77作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯83独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯85学位论文数据集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯87Ⅺ万方数据绪论11研究背景及意义1绪论近年来，我国城市交通总量呈急剧增长趋势．城市道路与交通工具的运能不足，导致交通阻塞、车速下降、乘车拥堵和事故频发等现象。地铁，铁路运输的一种形式，是沿着地面铁路系统的形式逐步发展形成的一种用电力牵引的快速大运量城市轨道交通模式。与传统交通工具相比，具有节省土地、减少噪音、减少干扰、节约能源、减少污染、避免城市地面拥挤、充分利用空间、运量大、速度快的

5、优点【l】。地铁作为城市轨道交通运输方式的重要组成部分，已成为许多火城市解决交通问题的首要选择，因此受到各国政府的青睐。随着国家大力发展轨道交通产业，地铁车辆作为载运工具，其自身的安全性与可靠性也不可忽视，一旦发生故障将对旅客产生严重影响。鉴于此，车辆制造企业既要加快研发与生产效率同时更要保证制造质量吲。转向架是保证地铁车辆运行品质、动力性能和行车安全的关键部件．构架作为其最重要的组成部件，结构复杂，其质量直接影响地铁的性能。构架用咀联系转向架各组成部分和传递各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置Ⅲ。其设计要求具有合理的结构，以减少应力集中

6、、获得最大结构强度和最小的自重、保证地铁车辆运行的安全可靠性。构架普遍采用焊接结构，在横侧梁连接处、电机吊座、齿轮箱吊座等处存在多条焊缝。焊接过程中，在焊趾附近囡受焊接热过程的影响而产生残余拉应力，使得构架本身存在初始应力场，服役过程中．焊接残余应力在机械振动的工况下会发生重新分布，使焊接结构件在外载荷下的强度薄S日位置发生变化，若残余应力峰值和外裁荷的峰值叠加，疲劳寿命会降低，影响构架性能的稳定性，在焊接接头处产生图1．1所示的疲劳裂纹，组织粗化，裂纹扩展，甚至发生断裂，威胁地铁车辆的安全性和寿命，影响行车安全【lq。因此，焊接质量的好坏至关

7、重要。图1．1转向架构架裂纹Fig1-1Crackofthebogieframe万方数据北京交通大学硕士学位论文焊接是一种应用广泛的技术，它是一个牵涉到电学、传热、冶金和力学的复杂过程，在焊后将产生相当大的焊接残余应力和变形，影响结构的加工精度、尺寸稳定性以及承载能力。影响焊接结构强度的主要因素有焊趾缺口效应、残余应力、焊接缺陷和焊缝组织性能恶化。焊接变形以及局部残余应力过大的原因就在于结构不合理或工艺不合理。由于该构架结构和焊接工艺的复杂性，焊接过程易出现焊接残余应力大、变形量大等问题。为解决这一问题，以往国内大多数生产厂家采用焊后机械矫形，

8、振动时效，整体退火等焊后热处理的工艺消除构架的残余应力，带来额外的能源与时间消耗【51。目前国外生产厂家焊接转向架构架在生产过程中己不进行焊后热处理，