车辆新技术讲座 - 提速﹑高速及重载货车 疲劳设计中的若干问题3铸造和焊接结构的疲劳强度.pptVIP

缺陷 焊接结构细部设计 提高焊接结构疲劳强度的措施 焊接结构疲劳设计与评定 铸造结构抗疲劳设计与评定 采用有限寿命设计理论中的名义应力-寿命法，以应力谱和S-N曲线为依据，根据线性累积损伤法则计算疲劳寿命。 基准S-N曲线 AAR设计基准推荐的C级铸钢疲劳性能参数（对应于Kf=1，R=－1的循环应力）： ◆疲劳极限（N=107），s-1=150MPa,k=0.13； ◆S－N曲线的转折点为N=107，对于N≤107，S－N曲线的幂指数为1/k； ◆对于N＞107，S－N曲线的幂指数为2/k-1。 Kf修正S－N曲线 经验表明，在大多数情况下，铸件疲劳裂纹始发于有明显铸造缺陷且局部应力较高的区域。 对导致疲劳裂纹发生的铸造缺陷按以下三类进行分析： ◆ 小缺陷（球状），较少见，Kf=1.25 ◆ 大缺陷（裂纹状），罕见，Kf=2～3 ◆中等缺陷（夹渣、疏松、缩孔），最常见， Kf=1.5～2 4. 转向架焊接构架疲劳强度设计 4.1 概述 ●设计﹑试验鉴定规范 L UIC510,JISE4208——Goodman图评定-无限寿命设计思想 AAR(M-213-81)规程——加速试验——等损伤折算方法 4.2 转向架疲劳设计规范 ①UIC510规程 ●模拟运用中的主要载荷 ●模拟个别特殊载荷 1位车轴 Fy Fz2 Fzc Fz1 2位 车轴 1位 侧梁 2位 侧梁 模拟运用中的主要载荷 1位旁承 5‰ -Fy 0 (1-α)(1 -β）FZ α(1 -β)FZ 7 5‰ Fy α(1-β）FZ (1-α)(1 -β)FZ 0 6 5‰ -Fy 0 (1-α)(1+β）Fz α（1+β）FZ 5 5‰ Fy α(1+β）FZ (1-α)(1+β)Fz 0 4 0 （1 -β）FZ 0 3 0 （1+β）FZ 0 2 0 Fz 0 1 Fz1 下心盘 Fzc 2位旁承 Fz2 线路 倾斜率 横向力 Fy 垂 向 力 载荷工况 注:（1）垂向载荷：=心盘静载荷；（2）横向载荷： （3）横向动荷系数a: （4）垂向动荷系数b:0.3。 模拟个别特殊载荷 分类 动载荷 纵向载荷 为0.1(FZ+Mbg/2) 制动力 闸片作用于制动盘上的力 减振器力 作用在安装座上，减振器在额定速度时产生的力 ●动应力的确定 ●主要载荷工况中的任意两工况差之半为应力幅，相应的两工况和之半为应力均值 ●对于各种特殊载荷，首先沿一个方向施加，然后再沿反方向施加，这样可得构架上任意点的最大和最小应力，由此可以确定对应的的应力幅和应力均值 ●Goodman图 ●母材﹑对接和角焊三种 ●对称循环下对接和角焊疲劳 极限分别为95MPa和85MPa ●疲劳极限与母材静强度无关 ●疲劳评价 ●对模拟主要载荷中所得动应力较低的点，应充分验证由特殊载荷所产生的动应力是否在Goodman图容许的范围之内； ●对模拟主要载荷中所得动应力较大的点，应将其与由特殊载荷所产生的动应力相叠加，并验证其是否在Goodman图容许的范围之内。 * * 铸造和焊接结构的疲劳强度 缺陷 ●应力集中源，对结构疲劳强度产生显著影响 ●影响程度与缺陷的种类、位置和方向有关 面状缺陷（裂纹、未焊透及咬边等） 体积型缺陷（气孔、夹渣等） 货车转向架的疲劳设计 铸造和焊接结构的疲劳 铸造 小缺陷 球状 夹渣 疏松 缩孔 锐边 裂纹 1.25 1.5 2 3 4 Kf ss=275-420MPa 6K型电力机车牵引拉杆座裂纹 气孔 未焊透 横向对接接头 横向角接接头未焊透 咬边 点固焊 垫板 ①对焊接头 ●焊缝形状 ●永久性垫板 -避免 焊接结构的细部设计 ●轴向错位 ●加工焊缝加强高 -削平 -削焊趾 ●板边准备 -避免咬边 ②纵向对接 ●疲劳破坏易从缺口最严重的鳞纹处开始 ●疲劳破坏常发生在更换焊条的那一点 ●翼缘边对接小附件，疲劳强度很底 ③角焊接头 ●不承载接头 ●承载接头 横向角焊应力分布 纵向角应力分布 ●破坏形式 ④各种接头型式疲劳强度的对比: ? 对 接 搭 接 十 字 接 头 母 材 去加强高 加强高为 ５ｍｍ 焊趾加工* 侧面 焊缝 正面焊缝k 1:1 正面焊缝加工 不焊透 焊透 焊透加工* 1 1 0.67 1 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 *加工是指在焊趾处加工或圆滑过渡 提高焊接结构疲劳强度的措施 ①合理地选材