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轨道交通焊缝评估方法

2023-01-03 1009

目前,我国铁路车辆钢材焊接结构如转向架、车体等的疲劳评估方法主要根据BS7608标准,IIW规范、Eurocode3标准等。这里依据DVS1612-2014德国《铁路车辆结构钢焊接接头设计和疲劳强度评估》准则,该准则包含铁路车辆结构中重要的焊接接头的详细说明,这些焊接接头来源于一些铁路车辆制造企业执行的焊接标准EN15085-3中,该准则的应用可以使仿真分析人员在产品的设计阶段进行结构的仿真分析时就可以考虑如焊缝类型、焊缝表面处理方式、焊缝探伤方法、焊缝质量等级等对焊缝疲劳性能的影响,该准则目前在铁路车辆钢结构焊接疲劳评估中得到越来越广泛的应用。

DVS1612准则疲劳评估方法

DVS1612准则适用于板厚大于等于2mm以及部分大于等于1.5mm的钢焊接接头疲劳评估。准则中给出了S355和S235两种材料的MKJ图(横坐标为应力比,纵坐标为疲劳强度许用应力),DVS1612同样适用于其他钢材的疲劳强度评估对于屈服极限介于S235和S355之间的钢材。根据屈服极限线性插值修正MKJ图中曲线A至D的疲劳强度值。对于屈服极限高于S355的钢材,只能根据材料的抗拉极限修正MKJ图中的曲线A,其他曲线(AB至F2)与S355保持一致。准则中使用名义应力对焊接结构的疲劳强度进行评估,并规定距离焊缝1~1.5倍板厚位置的应力即为名义应力。在疲劳强度评估时需要考虑垂直焊缝的应力,平行焊缝的应力,及平行焊缝的剪切应力了,应力方向如图1所示。

应用DVS1612准则进行疲劳评估首先提取三种应力,并计算出三种应力在全部疲劳工况中的应力比和平均应力。然后根据式(1)和式(2)确定垂直和平行焊缝应力的疲劳强度许用值。根据式(3)确定切应力的疲劳强度许用值。式中为平均应力大于零时的应力比;为平均应力小于零时应力比的倒数;为切应力比。式(1)和(2)中指数根据焊接结构是否表面处理、焊接类型(搭接、对接、角接等)和焊缝探伤方法(目测、磁粉、超声等)确定。

垂直和平行焊缝应力的MKJ图如图2(a)所示,切应力的MKJ图如图2(b)所示。横坐标为应力比,纵坐标为疲劳强度许用值。

当板厚范围在10<t≤90mm之间时,各个应力的疲劳强度许用值根据式(4)进行修正

根据式(5)计算出焊缝三种应力的利用率当三种应力的利用率分别都小于1时,焊缝疲劳强度满足要求。

处于多轴应力状态的结构,还应满足式(6).当综合利用率小于1.1时,焊缝疲劳强度满足要求。

式(5)和式(6)中分母是疲劳强度许用值分子分别是疲劳工况中垂直焊缝的最大应力值、平行焊缝的最大应力值和最大切应力值。


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