转向架焊接构架残余应力计算与疲劳强度评定

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1、论文题目转向架焊接构架残余应力计算与疲劳强度评定学科专业机械设计及理论学号201121080314作者姓名吴传昊指导教师凌丹副教授分类号密级注1UDC学位论文转向架焊接构架残余应力计算与疲劳强度评定（题名和副题名）吴传昊（作者姓名）指导教师凌丹副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业机械设计及理论提交论文日期2014.4.26论文答辩日期2014.5.6学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。EVALUATIONOFRESIDUALWELDINGSTRESSESANDFATIGUESTRENGT

2、HASSESSMENTOFWELDEDBOGIEFRAMEAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MechanicalDesignandTheoryAuthor:WuChuanhaoAdvisor:LingDanSchool:SchoolofMechatronicsEngineeringofUESTC摘要摘要铁路运输的提速离不开转向架技术的发展。焊接构架作为转向架的骨架，具有承载车体和驱动、制动等装置并隔离振动的作用。焊接构架是典型的箱型梁结构，具有尺寸大、焊接部位多等特点。

3、疲劳破坏是焊接构架的主要失效形式，研究焊接构架的疲劳行为及其影响因素，是焊接构架疲劳设计的重中之重。焊接结构的疲劳失效实际上是焊接接头细节部位的疲劳，这是因为焊接工艺本身会在焊趾位置造成严重的缺口效应，并伴随焊接残余应力、焊接缺陷以及材料不均匀。因此提高焊接构架疲劳寿命也要从这几方面着手。目前国内车辆厂焊接构架生产工艺中继续使用构架整体退火这一工艺来降低残余应力，而国外企业的新工艺中不再进行焊后整体热处理，主要是通过严格控制焊接残余应力与变形来实现。通过焊接数值模拟可以优化焊接工艺，为控制残余应力与变形提供解决方案。当前国内轨道交通装备行业缺乏对焊接结构疲劳问题的深入研究，工程上也迫切需要更

4、为实用准确的方法来解决车辆焊接部件出现的疲劳破坏问题。本文的主要工作包括：（1）以构架侧梁T形角焊缝作为研究对象，使用热弹塑性有限元方法对工件多层焊进行模拟，获取工程上关心的温度场、热循环曲线、材料的晶相组织、焊接残余应力和变形等信息。数值模拟得到的温度场与实际相符，但残余应力与实际值有所偏差，分析了出现偏差的原因。（2）对比焊接接头疲劳强度评定的四种可选方法，其中缺口应力法通过引入虚拟缺口曲率半径来反映焊趾缺口效应，因此结果更加准确，并且将不同接头类型的S-N曲线归一化处理，因此具有很大优势。综合运用缺口应力法和子模型技术，对某型转向架焊接构架的疲劳强度进行评定，将疲劳控制部位的疲劳寿命预

5、测结果与疲劳试验要求进行对比。关键词：转向架焊接构架，焊接残余应力，疲劳强度，缺口应力法，子模型技术IABSTRACTABSTRACTTheaccelerationofrailwaytransportationisinseparablefromthedevelopmentofbogietechnology.Theweldedbogieframe,astheskeleton,bearsvehicleanddrivingsystemandbrakingsystemandalsoisolatesthevibration.Weldedframeisatypicalboxgirderstructure

6、withthelargesizeand,complexweldingseam.Sincefatiguefailureisthemainfailuremodeofweldedframe,thestudyofthefatiguebehaviorofweldedframeanditsinfluencingfactorsisthemostimportanttaskinfatiguedesigningofweldedframe.Itshouldbenotedthatfatiguefailureofweldedstructuresisactuallythefatiguefailureofweldedjo

7、int,becauseweldingprocessitselfcancauseseriousnotcheffectattheweldtoe,combinedwithresidualstress,weldingdefectsandinhomogeneityofmaterials.Therebyincreasingthefatiguelifeofweldedframealsofocusonsuchaspects.