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1、曲线对高速货车转向架焊接部件疲劳损伤的影响试验研究铁道车辆第48卷第1期2010年1月文章编号:1002—7602(2010)010005—05曲线对高速货车转向架焊接部件疲劳损伤的影响周张义,李芾,安琪,潘树平,李志强,尹买云.(1.西南交通大学机车车辆工程系,四川成都610031;2.南车眉山车辆有限公司,四川眉山620032)摘要:依据UIC51O3:1994规定的疲劳试验加载方法,基于有限元法研究了不同左右曲线变换次数取值时高速货车转向架焊接构架及摇枕疲劳关注部位累积损伤的变化程度及规律.仿真结果及综合分析表明,当左右曲线变换次数取值变化并不十分显着时,其对结构疲劳损伤影响很小,样
2、机疲劳试验中可直接应用UIC规范中的建议值.关键词:高速货车转向架;焊接构架;曲线;左右曲线变换次数;疲劳损伤;有限元法中图分类号:U270.12文献标识码:A焊接构架和摇枕作为高速货车转向架最为关键的承载和传力部件之一,其疲劳强度直接决定高速车辆在使用寿命期限内的运行可靠性,故在设计阶段需对其进行完善的强度分析及试验考核l_】.].按照国际铁路联盟UIC510～3:1994((货车二轴和三轴货车转向架在试验台上的试验》]对焊接构架和摇枕进行疲劳强度验证时,在考核其主结构强度的动态疲劳试验中,模拟一次左或右曲线准静态加载范围内的动载循环数一般建议取20,即在第1阶段疲劳试验中共进行1.5×
3、10次左右曲线变换.参考UIC515—4:1993《客车车辆拖车转向架走行部转向架构架结构强度试验》及UIC615—4:2003<<动力车转向架与走行部转向架构架结构强度试验》的相应规定.],如果车辆运用于曲线比较多的线路,则上述动载循环数应减少到10次;如果曲线数量特别多,动载循环数还要进一步减少.本文应用结构有限元法,按照UIC51O一3:1994规定的疲劳试验加载方法和国际焊接学会(IIW)提供的焊接接头疲劳强度S—N曲线[8'9_,应用Palmgren—Miner线性累积损伤准则,对高速货车转向架焊接构架和摇枕主结构危险焊缝接头进行疲劳损伤仿真分析.通过改变左右曲线变换
4、次数的取值,计算和比较各对应动载荷作用下疲劳关注部位的损伤变化,进而确定该次数变化对损伤分析结果的影响程度和影响规律,为样机疲劳试验验证及结构优化疲劳设计分析中其合理取值提供必要的理论依据.收稿日期:2009—05—22;修订日期:200909—28基金项目:国家科技支撑计划项目(2007BAG05B00);国家自然科学基金资助项目(50821063)作者简介:周张义(1982),男,博士研究生.1有限元模型及分析部位的确定1.1有限元模型应用ANSYS软件建立焊接构架和摇枕的有限元联合分析模型.由于除部分连接座为铸造件外,构架和摇枕主结构均为钢板整体焊接三维空间结构,故采用8节点二阶高精
5、度壳单元Shell93对其进行网格离散.构架和摇枕通过模拟二系橡胶堆的线弹簧单元Combin14连接,横向止挡橡胶堆和一系金属液体复合弹簧亦使用Combinl4线弹簧单元模拟.同时,为最大程度地真实反映通过弹性元件传递的载荷分布情况,对与弹性元件接触的构架或摇枕结构区域的所有节点均建立弹簧单元.完整的有限元离散模型如图1所示,由36615个Shell93壳单元和13100个Combin14线弹簧单元组成,共107981个节点.图1焊接构架及摇枕的有限元分析模型1.2疲劳分析部位焊接构架和摇枕的疲劳试验中仅施加垂向,横向及线路扭曲载荷,旨在考核其主结构的疲劳强度,包括?5?铁道车辆第48卷第
6、1期2010年1月构架侧梁及摇枕箱形梁的纵向焊缝接头,梁内各筋板横向焊缝接头及横向止挡座与主结构的连接焊缝接头等.图2和图3分别为本次计算选取的摇枕和构架侧梁上较危险的焊缝接头分析部位,主要是箱形梁中部及各变截面处受拉侧的纵向焊缝接头和梁内各筋板的横向焊缝接头.F刀,f"fF"●ll06,,.z=I1IIIYY6图2摇枕疲劳分析部位及载荷加载示意图2试验动载荷及等效载荷谱确定图3构架侧梁疲劳分析部位2.1试验动载荷按照UIC51O一3:1994,疲劳试验中施加在摇枕上的垂向及横向动载荷分别按以下各式确定:F.一(1+kf1)(1一ka)F1…F…i一(1一kf1)(1一ka)F:JF~lm
7、ax=Fzzmax=(1+kf1)kaFzIf9,F1一F2i一(1一kf1)kaFJFypⅢa一o.2k(F+g)1…Fyi一0J式中:F印m,min——分别为作用在心盘上的垂向动载荷最大值和最小值;F,Fi,F砣,F.——分别为作用在右旁承及左旁承上的垂向动载荷最大值和最小值;F一,Fypmin——分别为作用在心盘上的横向动载荷最大值和最小值;a——侧滚动载系数,标准建议值为0.2237;浮沉动载系数,标准建议值为O
