基于Eurocode3方法的不锈钢地铁车体疲劳强度评估
高铁车体结构件应力分析与疲劳强度评估

高铁车体结构件应力分析与疲劳强度评估摘要:2007年4月18日,我国的高铁开始正式投入使用,由于是刚刚开始进行高铁的建设,因此在高铁运营过程中往往会出现各种各样的问题和缺陷。
其中有80%的机械零件都是因为疲劳破坏而失效的。
高铁车体结构大部分都是采用金属材料制作的,而金属不可能做无数次的交变载荷试验,都存在一个疲劳强度,一旦所加的应力值超过金属材料的疲劳强度,就会导致金属变形,从而出现严重事故。
基于此,本文首先简单的介绍一下影响疲劳强度的因素;随后详细的介绍一下计算疲劳强度的疲劳试验方法。
以此仅供相关人士进行交流与参考。
关键词:高铁车体结构件;应力分析;疲劳强度评估引言:在这短短的十几年间,我国的高铁行业得到了突飞猛进的发展,装备生产、运行管理等质量水平也在不断的进步和提高。
而机械零件作为高铁车体结构的一个重要组成部分,确实应该引起高铁部门的重视。
本文首先介绍一下影响机械零件疲劳强度的因素,随后介绍一下计算机械零件疲劳强度的疲劳试验方法,从而准确的进行疲劳强度的评估,从而不断提高高铁结构件的质量。
一、影响高铁车体结构的疲劳强度因素高铁车体结构件的疲劳强度评估研究一直都在进行,其中最初的评估方法就是对零件疲劳极限进行测定。
但由于实际零件在制作过程中尺寸、形状、材料等都各有不同,因此通过测定零件疲劳极限来评估疲劳强度的试验方法在实施起来具有很大的困难。
以此,我们可以通过研究影响机械零件疲劳强度的因素来评估机械零件的疲劳强度。
影响机械零件疲劳强度的因素主要是应力集中与梯度;尺寸效应以及表面加工质量这三点(见图一)。
(一)应力集中与梯度为了满足高铁车体结构的要求,机械零件的制作和加工一般都有拐角、切口、沟槽等缺口,这些缺口自然而言的就出现了应力集中,从而提高了零件的局部应力。
在零件部件承载静载荷时,随着静载荷的增加,零件会出现一个宏观塑性变形的阶段,重新分配应力并趋于均匀。
而对于疲劳破坏而言,零件并不会出现明显的宏观塑性变形,也不会重新分配应力,因此缺口处的疲劳强度比光滑部位高,出现问题的概率也比较大。
地铁不锈钢车体静强度计算及模态分析

学术探讨
地铁不锈钢车体静强度计算及模态分析
周 伟
(中南大学 长沙 410075)
摘 要 简要介绍有限元强度计算和模态分析的相关 理论 ,应用有限元分析软件 ANSYS, 建立地铁动车不锈 钢车体结构的有限元分析模型 ,确定有限元模型的计算 载荷和评定标准 ,计算车体在给定工况下的静强度 , 以 及整备状态下的固有频率和振型 。结果表明 ,车体静强 度及刚度在各运用工况下都能满足相关标准要求 。 关键词 不锈钢车体 有限元 强度 模态
第三工况下车体最大应力为168462mpa发生在侧墙门立柱与底架边梁相交处顶结构最大应力点出现在车顶波纹板与平顶交界处底架波纹板最大应力点出现在牵引梁与波纹地板相交1各工况下不同结构处的应力水平mpa工况车顶底架波纹板耐候钢结构第一工况1841196843第二工况247169180124第三工况13316812290许用应力2822822821842第二工况下车体和耐候钢结构的应力分布48地铁不锈钢车体静强度计算及模态分析urbanrapidrailtransit车体侧墙结构的加强横梁和压筋结构改善了侧墙蒙皮的纵向刚度和垂向刚度实现了更有效的承载和传载
4.3 变形和刚度分析
车体在垂向总 载作 用下 , 底架 下边 梁中 部垂 向挠
度 fc =5.873 mm, 两转向架中心距为 L2 =12 600 mm, fc <12.6 mm, 满足在最大垂向载荷作用下车体静挠度不
图 3 车体振型图
超过两转向架支撑点之间距离 1‰的要求 。
好地反映不锈钢 车体 的结 构特 点 , 是 车体 结构 强度分
表 1 各工况下不同结构处的应力水平 MPa
工况 第一工况 第二工况 第三工况 许用应力
国内外铁路桥梁规范抗疲劳设计方法分析

国内外铁路桥梁规范抗疲劳设计方法分析周尚猛;李亚东【摘要】回顾中国铁路钢桥设计规范的抗疲劳设计方法,阐述英国BS5400规范和欧洲规范Eurocode3的抗疲劳设计条文,分析比较这些规范抗疲劳设计方法.英国规范和欧洲规范采用了无限疲劳寿命方法和有限疲劳寿命相结合的方法,中国铁路桥规使用的是无限疲劳寿命方法,各国规范均不同程度地使用了概率的方法来处理影响结构疲劳的因素.在特殊结构细节分类和构造细节热点名义应力的计算方法上,英国BS5400及欧洲规范都进行了详细的规定,并且对于剪应力疲劳在欧洲规范中有了较为详尽的计算方法.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】4页(P46-49)【关键词】疲劳设计;铁路桥规;BS5400;EUROCODE3【作者】周尚猛;李亚东【作者单位】西南交通大学土木工程学院,成都,610031;西南交通大学土木工程学院,成都,610031【正文语种】中文【中图分类】U442.5+11 概述在桥梁工程中,诱发疲劳的外因主要是结构承受的活载(车辆荷载、风荷载等)及其引发的桥梁振动[1]。
随着我国交通运输荷载的增加,桥梁结构疲劳日益成为广泛关注的问题。
各国规范的抗疲劳设计方法一般都从结构热点应力、疲劳损伤累积法则和疲劳破坏概率的角度对桥梁结构进行考察,但这些规范在上述几个方面考虑的方法也不尽相同。
BS5400和欧洲规范,对于结构热点应力的计算方法、荷载谱的假定和抗疲劳概率设计分析方法都做了详细的研究,其中在构件疲劳热点应力计算方面的研究在我国规范中描述较少。
本文主要从上述3个方面阐述英国BS5400规范、欧洲规范(EUROCODE3)和中国铁路规范的抗疲劳设计方法,并对其研究方法和进展作了分析比较。
2 中国铁路桥梁规范疲劳设计方法我国铁路钢桥疲劳设计经历了笼统单一安全系数下容许应力设计(1951年、1958年设计规范、规程)、分细节容许应力设计(1974年、1985年、1996年设计规范)、考虑累计损伤的分细节应力幅容许应力设计(2000年设计规范)3个阶段,不同时期疲劳设计强度与相应采用的设计方法密切相关,自成体系,确保安全[2~3]。
车身疲劳耐久评估方法简介

车身疲劳耐久评估方法简介不知道为什么小时候的我经常遇到需要弄断铁丝却没有老虎钳也没有小李飞刀的直接考验我智商的高光时刻。
虽然显然不能像非洲朋友那样牙咬手撕但我也不是没试过当然最后结局都是没成功。
后来可能是因为吃了家里唯一荤菜鸡蛋脑细胞发育了发现反复折弯再反复折弯铁丝就会突然断了。
至于铁丝为什么会突然断了我不知道反正就是断了。
再后来改革开放了日子好了能吃上猪肉了脑子也发育的差不多了其中的缘由也就慢慢的明白了。
一根铁丝,想要徒手拉断或者瞬间折断那几乎是不可能的,但是如果你将它反复折弯很多次便可以把它折断。
这其实就是铁丝被整疲劳了,发生了疲劳破坏。
因为铁丝等金属件在生产加工过程中会出现各种缺陷,比如宏观的气孔、杂质、表面划痕以及微观的晶体位错、滑移带等。
在外力作用下这些缺陷处会出现局部应力集中,当局部应力大于材料的屈服强度时便会萌生微裂纹,这些微裂纹在交变载荷作用下逐渐扩展,当扩展到一定程度时突然断裂。
铁丝的疲劳破坏过程中交变载荷水平较高,塑性应变起主导作用,疲劳寿命较短,属于应变疲劳或低周疲劳;当交变载荷水平较低,弹性应变起主导作用时,疲劳寿命较长,属于应力疲劳或高周疲劳。
高周疲劳在日常生活中更加普遍,因其交变载荷小,没有明显的塑性变形等前兆,不容易提前发觉,所以具有更大的危险性。
美国空军的一架F-15战斗机曾经在模拟空战时就出现了惊险的一幕,事故造成美军F-15战机大面积停飞,调查结果显示,事故起因于飞机上的一根金属纵梁发生了疲劳破坏。
图1 F-15战机疲劳破坏(图片源自网络)汽车作为我们日常生活中非常重要的代步工具,也是由大量金属件构成的。
当汽车行驶在道路上时由于路面的不平整,车身结构会受到交变载荷作用,从而产生微裂纹并逐渐扩展。
为了保证车身在整个设计生命周期内不发生疲劳破坏,我们需要对车身结构进行疲劳耐久性能评估。
评估方法可分为试验法及CAE(Computer Aided Engineering)仿真分析法,实际的项目开发过程中,两种方法相结合使用。
高铁车轴强度设计及全尺寸疲劳试验方法比较

l 国 内外 主 要 车 轴 强 度 设 计 方 法
目前 , 世 界各 主要 铁 路 发 达 国家 对 于 车 轴 的 强度 设计 都 已建立 了 比较 系 统完 善 的方 法 和 规 范 , 形 成 了
以德 、 法、 意、 英 为代 表 的欧洲 体 系和 E l 本体 系 , 主要标 准有 欧洲 E N 1 3 1 0 3 -2 0 0 9 《 铁 路 应 用 轮 对 和转 向架 非动 轴设 计方 法 》 、 E N 1 3 1 0 4 —2 O O 1 《 铁 路 应 用 轮 对 和
究 人员 主要 的设计 计算 辅助 手段 , 但事 实上 , 真正 直接 被 纳入 到各 国标 准规范 的还 是只 有基 于传统 疲劳 理论
的许用 应力 法 。
一
试验 , 并且 随着 速度 等 级 的不 断提 高 和 新 产 品 的不 断 涌现 , 仍在 持续 不断 地进行 着 试验研 究 , 从而 对这 些标 准和 规范 不定期 地进 行修 订 和完善 。 国 内车轴强 度 设 计标 准 有 T B / T 2 3 9 5 -2 0 0 8 { 铁 道机 车车 辆动 力 车轴 设 计 方法 》 和 TB / T 2 7 0 5 —2 0 1 0
机车 车辆 车轴 的设 计 方 法 , 并 且 在 TB / T 2 7 0 5 -2 0 1 0
“ 引言 ” 中还 提 到 : 考 虑到 国 内车轴材 质现 状 、 车 轴 防 护
铁 车轴进 行 系统 的疲劳试 验及 相关 性能 试验 能够很 好 地 预测 车轴 的疲劳 强 度 及 其他 特 性 。早 在 1 9世 纪 中
关键词 : 高速 列 车 ; 车轴; 强度设计 ; 全尺寸疲劳; 试 验 方 法 中图分类号 : U2 7 0 . 3 3 1 . 2 文献标志码 : B
我国“铁路货车车体疲劳试验方法及试验规范”通过北美技术评估

我国“铁路货车车体疲劳试验方法及试验规范”通过北美技术
评估
佚名
【期刊名称】《军民两用技术与产品》
【年(卷),期】2015(0)17
【摘要】齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司提出的《铁路货车车体疲劳试验方法及试验规范》通过了北美铁路交通技术中心(有限)公司(TTCI)权威专家的技术评估,并得到了高度认可。
该试验方法及规范是我国铁路货车疲劳试验的完全自主知识产权技术,充分展示了齐齐哈尔轨道交通装备公司在铁路货车车体疲劳试验研究领域世界一流的科研水平。
【总页数】1页(P21-21)
【关键词】铁路货车;疲劳试验;技术评估;试验方法;试验规范;车体;北美;自主知识产权
【正文语种】中文
【中图分类】U272
【相关文献】
1.货车车体疲劳试验载荷谱编制方法研究 [J], 安中伟;赵方伟
2.制定我国铁路货车车钩疲劳试验标准的探讨 [J], 李波
3.铁路货车车体疲劳试验台关键技术 [J], 于跃斌;李强;李向伟;张强
4.铁路货车车体加速疲劳试验方法研究 [J], 张强; 李强; 吕世元; 于跃斌; 李向伟; 李
文全
5.重载货车车体疲劳台架试验技术研究 [J], 李向伟;方吉;李文全;张强;赵尚超因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
高速列车车体结构的疲劳寿命评估

高速列车车体结构的疲劳寿命评估近年来,高速列车作为一种高效、便捷、环保的交通工具而受到了广泛关注和使用。
然而,随着高速列车的运行时间的推移,其车体结构经受着长期的振动和承载,疲劳寿命问题逐渐凸显。
因此,对高速列车车体结构的疲劳寿命进行准确评估变得尤为重要。
高速列车的车体结构一般由钢材构成,钢材具有一定的韧性和强度,可供车辆长期运行时承受不断变化的荷载和应力。
然而,在高速列车运行过程中,车体结构会因为很多因素导致腐蚀、磨损、裂纹等缺陷的产生,从而使结构的强度和刚度发生变化,增加了疲劳失效的风险。
为了评估高速列车车体结构的疲劳寿命,需要考虑多个因素。
首先,需要确定车体结构所承受的荷载。
这些荷载包括列车自身重量、乘客和货物的重量以及外部环境因素对车体的影响等。
通过对这些荷载的精确测量和计算,可以得到准确的载荷数据,为后续的疲劳寿命评估提供依据。
其次,需要考虑车体结构的材料特性和力学性能。
不同材料具有不同的疲劳特性,如材料的疲劳极限、疲劳裂纹扩展速率等。
通过对车体结构材料进行宏观和微观的研究,可以获取其疲劳相关参数,进而评估车体结构的疲劳寿命。
此外,还需要考虑车体结构的设计和制造工艺。
设计和制造的不合理会导致材料的应力分布不均匀,从而加剧疲劳破坏的可能性。
因此,为了提高高速列车车体结构的疲劳寿命,设计和制造过程中要精确控制结构的尺寸、形状和材料的质量,并采取适当的工艺措施来减少应力集中和缺陷的产生。
最后,需要考虑高速列车的运行环境。
高速列车在各种复杂的运行环境下工作,如倾斜道、弯道、弯桥等。
这些运行环境会导致结构受到额外的应力,增加其疲劳破坏的风险。
因此,需要对不同运行环境下的荷载情况和结构应力进行分析和计算,以便预测车体结构的疲劳寿命。
综上所述,高速列车车体结构的疲劳寿命评估需要综合考虑荷载、材料特性、设计和制造工艺以及运行环境等因素。
通过精确测量和计算荷载、研究材料特性、优化设计和制造工艺以及分析运行环境等手段,可以准确评估高速列车车体结构的疲劳寿命。
基于三种不同疲劳评估标准的不锈钢车体的焊缝疲劳评估

在双对数坐标下为直线,如图1所示,即。
通过表查询13个等级的疲劳强度值。
Eurocode3标准焊接接头共有14个等级,其S-N 线的数学表述形式与BS 7608标准一致,如图2所示。
各个等级的疲劳强度由循环2×106次的常应力范围值确定。
IIW 标准焊接接头共有13个等级,其S-N 曲线的数学表述形式与BS 7608标准一致,如图3所示。
各个等级的疲劳强度(FAT )由循环2×106次的常应力范围值确定。
利用三个标准评估车体结构焊接接头疲劳寿命的方法基本相同。
首先,根据焊接接头形式和接头外部作用载荷方向确定焊接接头等级及疲劳强度,其次根据Miner 线性损伤累积计算公式计算各疲劳工况下评估点的损伤值,最后将所有疲劳工况的损伤值相加,若总损伤值小于1,则符合要求[4]。
————————————————————作者简介:王小杰(1987-),女,山东青岛人,研究方向为轨道车辆车体结构设计。
图1BS 7608标准的S-N 曲线图2Eurocode3标准的S-N 曲线2车体有限元模型与计算工况以文献[5]中的某A 型不锈钢地铁中间车车体结构为研究对象,其有限元模型如图4所示。
根据EN 12663-1:2010标准,疲劳工况如表2所示。
3计算结果如图5和图6所示,文献[5]中有两道被评估焊缝。
此两道焊缝在3个标准中所属的接头等级如表3所示。
3.1焊缝1焊缝1三个标准的计算结果见表4。
BS 7608的损伤图3IIW 标准的S-N 曲线图5焊缝1纵向疲劳应力云图图6焊缝2垂向疲劳应力云图F2(焊趾打磨)52.5Fat36工况应力/MPa BS 7608Eurocode 3IIW 垂向疲劳横向疲劳纵向疲劳乘客上下车20.926.955.835.50.010.030.770.010.010.041.510.020.010.031.190.01疲劳损伤总计0.821.581.24表4焊缝1疲劳损伤总计表5焊缝2疲劳损伤总计工况应力/MPa BS 7608Eurocode 3IIW 垂向疲劳横向疲劳纵向疲劳乘客上下车39.97.80.359.60.38000.16 6.83002.28 3.49001.01图4车体有限元模型表2疲劳工况工况编号工况名称载荷垂向疲劳横向疲劳纵向疲劳乘客上下车(1±0.15)g ±0.15g牵引1.12m/s 2,制动-1.06m/s 2定员载荷-整备载荷。
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该不锈钢 车体采用 由底架 、 侧墙 、 端墙、 车顶 、 司机 室 等构成 的薄壁 筒型整体承载结 构 . 除底 架牵 引梁 、 枕 梁 和内边 梁部 位采 用碳 钢 材料 外 , 其 它部 位均 使 用奥 氏体不锈 钢材 料 。车顶 由波 纹顶 板 、 弯 梁 等组 成 。侧 墙 由侧墙 板 、 侧墙立柱、 上 边 梁 等组 成 。端墙 由 门立
根据 E u r o c o d e 3 , 各疲 劳 况下 门下 角与 门. 证柱
焊缝属于表 8 . 5 I { _ l 的5 6 类, 其疲劳极 限为 5 6 MP a 。 汁
作者简介 : 赵思聪 ( 1 9 8 6 一) , 男, 山东青 岛人 , 主要 从事轨 道车辆结构仿真计算工作 。
某地 铁车辆车体结构 主要材 料为 高强度 的奥 氏体 分 析 。依 据 《 B S E N 1 9 9 3 —1 —9 : 2 0 0 5 E u r o c o d e 3 : 不锈钢 。不 锈 钢 车 体 结构 具 有 耐 腐 蚀 、 免 油漆 、 耐高 D e s g i n o f s t e e l s t r u c t u r e s -P a r t 1 —9 : F a t i g u e } } ( 以下 简 u r o c o d e 3 ) 对焊缝应力进行评估。 温、 结构轻 量化 、 机械性能高 、 维 护成本低 等优 点 , 受 到 称 E . 1 门 下 角与 门立 柱 焊 缝 业 主的广泛欢迎 , 成为地铁行业 中的主力 车型 。然 而 , 3
1 7 0 l 婴 垡 壅 墼 三 些
! 生 箜 塑
现 代 商 燹 工 业
钎: ^ 『 』 I l 3所 爪 陔 焊缝
2。
向疲 劳 T 况 f f 1 f 疲
J 绝 埘值 最大 , 小] : 疲 劳极 限 5 6 MI 应 力
表 3 门 下 角 与 底 架边 梁 焊 缝 应 力 结 果
关键 词 : E u r o c o d e 3 ; 不锈钢地铁 ; 疲 劳 强度 中图分类号 : T B 文 献标 识 码 : A . d ( ) i : 1 0 . 1 9 3 1 1 / j . c n k i . 1 6 7 2 — 3 1 9 8 . 2 0 1 7 . 1 3 . 0 8 6
抽
力 / M t i 力f M Pa M 1 L
2 计 算 工 况 和 评 定 标 准
依据《 B S E N l 2 6 6 3 一l : 2 O 1 0 R a i l w a y a p p l i c a t i o n s
—
图 1 垂 向疲劳 : 门 下 角 最 大 主应 力云 图
பைடு நூலகம்
S t r u c t u r e r e q u i r e me n t s o f r a i l wa y v e h i c l e b o d i e s 》 的
柱、 门横 梁 、 端墙 板 、 端 角 立 柱 等 组 成 。底 架 由边 梁 、 横
1 一图 2 。
表2 f - I 下 角 与 门 立 柱焊 缝 应 力结 果
类 型 / M t
力 a 刀
/ M
Pa
疲
/M I a
葶
梁、 牵 引梁、 枕 梁、 缓 冲 梁 等 组 成 。 该 地 铁 长 度
2 0 0 0 0 mm, 最大宽度 2 8 9 0 mm。
该不锈 钢车体 主要 为板 梁结 构 , 因此 采用 壳单 元
离散 主结 构 。该车体的有限元模 型主要采 用 四节 点 四 边形单元 q u a d 4 , 部分 采用 三节点 三角形 单元 t r i a 3 , 焊 点采用一维 c w e l d单元 。通过 r i g i d 刚性单元将 主要设 备 载 荷 加 载 在 设 备 吊挂 点 。 网格 平 均 尺 寸 为 l 5 — 2 0 mm, 整个有限元模 型共有 2 4 0 8 2 5 0个 单 元 , 2 4 5 1 l 5 0 个节点 , 其 中点焊单元 有 9 8 l 4个。
基于 E u r o c o d e 3方法 的 不 锈 钢 地 铁 车体 疲 劳 强 度评 估
赵 思聪
( 中车青 岛四方机 车车辆股份 有限公 司, 山东 青 岛 2 6 6 1 1 1 ) 摘 要: 为 了确保地铁 车辆 的长期 安全 可靠运 行 , 采用 E N1 2 6 6 3 —1 : 2 0 1 0标 准对 某不锈 钢地铁 车辆 车体 结 构进行 了疲 劳强度仿真计 算, 并 采用 E u r o c o d e 3方法对焊缝进 行 了评估 , 分析计 算结果表 明该车体结构满足 2 × 1 0 6 循环周次疲 劳寿命 的要 求。
根据 E u r o c o d e 3 。 各 疲 劳 T 况 下 门下 角 与 门 立 柱 当不锈钢 材 料 进行 弧 焊 焊 接 时会 产 生较 大 的 焊接 变 形, 为解决 这一问题 , 不锈钢车体 结构通 常采用 电阻点 焊缝属 于表 8 . 5巾的 5 6 类, 其疲 劳极限为 5 6 MP a 。计 焊 的 方式 进 行 不 同 部 件 的 连 接 。 算结果 如表 2 所示 。该焊缝在垂 向疲劳 ] 二 况 时疲 劳应 力绝对值最大 , 小于疲 劳极 限 5 6 MP a 。应 力 云 图 见 图 l 车 体 结 构 与 有 限元 模 型
规定 , 车体疲 劳汁算应在定员载荷 条件下 . 具体的疲 劳
丁况 如表 1 所示 。
表 1 疲 劳 工 况
图 2 垂 向疲 劳 : 门 下 角最 小 主 应 力 云 图
3 . 2 门下 角 与 底 架 边 梁 焊 缝
3 计 算 结 果
根据疲劳强度计算结 果选 取如下危 险点进 行 洋细