高速列车车体铝合金裂纹扩展速率及疲劳寿命预测方法研究
发布时间：2022-02-21 10:10
高速列车车体广泛采用铝合金焊接结构进行轻量化设计,焊接结构容易产生类裂纹焊接缺陷,如咬边、夹渣和凹坑等。类裂纹缺陷在复杂的多轴载荷作用下会进一步扩展,对车体的安全可靠性造成潜在威胁。因此,合理制定裂纹的检查周期,从而提出焊接质量控制措施,是确保列车运行安全可靠性的有效手段。本文开展的焊接车体铝合金裂纹扩展特性及寿命预测方法研究对高速列车车体的焊接质量控制、安全运行及维修周期制定具有重要的工程价值和现实意义。首先以高速列车车体铝合金CT试样为研究对象,建立了该CT试样的有限元模型,对其在拉伸载荷作用下的线弹性和弹塑性裂尖应力应变场进行了数值模拟;在充分考虑裂尖循环塑性区和应力应变迟滞效应的基础上,研究了该CT试样在常幅循环载荷作用下的裂纹扩展速率,得到da/dN-（35）K曲线,选取稳定裂纹扩展区数据,采用Paris公式进行拟合,得到材料参数C、m和门槛应力强度因子幅度（35）Kt h,进而分别采用本文确定的参数和IIW标准中给定的对应参数计算了铝合金材料的裂纹扩展速率并进行了对比分析。然后对高速列车铝合金焊接车体的疲劳裂纹扩展寿命进行了预测方...
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）对称荷载的节点分离示意图（b）一般荷载的节点分离示意图
本文采用的技术路线
西南交通大学硕士研究生学位论文第10页第2章车体铝合金CT试样裂尖应力应变场分析本章对高速列车车体铝合金标准紧凑拉伸试样（CT试样）在单次拉伸条件下裂尖的应力应变场进行分析，首先依据相关标准建立CT试样有限元模型，根据实际试验情况施加载荷和边界条件，通过比较单位载荷下应力强度因子的模拟值和理论值，对CT试样有限元模型进行验证，并计算分析线弹性裂尖应力应变场及考虑幂硬化效应的弹塑性裂尖HRR常2.1车体铝合金CT试样线弹性应力应变场计算分析2.1.1线弹性断裂力学基本理论（1）裂纹扩展的基本类型裂纹包括张开型（Ⅰ型裂纹）、滑开型（Ⅱ型裂纹）和撕开型（Ⅲ型裂纹）三种基本类型，如图2-1所示。图2-1裂纹断裂模式Ⅰ型裂纹，即张开型裂纹。承受的正应力与裂纹面垂直，裂纹面产生沿y方向的位移。即在与裂纹面垂直的正应力的作用下，裂纹上下表面产生张开位移。Ⅰ型裂纹是工程中最常见且最容易引发断裂破坏的裂纹类型。显而易见，裂纹要发生扩展，承受的正应力必须大于零。即结构只有承受单纯的拉伸载荷时才会发生Ⅰ型裂纹扩展。承受的正应力称为远场应力或名义应力，定义为假定无裂纹存在时裂纹处的应力，这样就可以很方便的应用一般的结构应力分析方法来确定该应力的大校Ⅱ型裂纹，即滑开型裂纹。承受的应力作用在xy平面内，称为剪应力，裂纹面产生沿x方向的位移，并与裂纹前缘垂直，即在剪应力的作用下，裂纹两表面沿x方向产生的位移使裂纹沿x方向滑开。Ⅲ型裂纹，即撕开型裂纹。承受的应力作用在yz平面内，也称为剪应力，裂纹
【参考文献】：
期刊论文
[1]车体承重用铝合金型材性能研究[J]. 刘勇凯,王爽,冯小东,徐宁,王志永,蒋鑫伟. 有色金属加工. 2018(06)
[2]改进的Irwin模型及裂尖塑性区对断裂行为的影响[J]. 文阳阳,国凤林. 力学季刊. 2018(03)
[3]波动载荷下X80管道轴向表面裂纹疲劳扩展研究[J]. 贾心怡,马廷霞,刘维洋. 塑性工程学报. 2018(04)
[4]2524铝合金不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为[J]. 刘义伦,何军,刘驰,赵先琼,李松柏,王卿. 锻压技术. 2018(06)
[5]材料构型力驱动的复合型疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 武志宏,王芳文,刘冉,李群. 西安交通大学学报. 2018(09)
[6]等效结构应力法的焊接疲劳评估[J]. 王亦军,董奇志,肖守讷,李西安. 河南科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[7]高速列车转向架构架动应力计算与疲劳全寿命预测[J]. 卢耀辉,向鹏霖,曾京,陈天利. 交通运输工程学报. 2017(01)
[8]铁道客车焊接构架疲劳强度评估方法[J]. 卢耀辉,向鹏霖,曾京,陈天利. 北京交通大学学报. 2016(06)
[9]循环载荷幅值对7075-T7451铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响[J]. 黄志伟,汪静雪,张兴权,段士伟,陈斌,黄志来,裴善报. 金属热处理. 2016(09)
[10]高速列车车体动应力分析方法及寿命预测研究[J]. 卢耀辉,冯振,曾京,陈天利,邬平波. 铁道学报. 2016(09)
博士论文
[1]预测轨道车辆焊接结构振动疲劳寿命的新方法研究与应用[D]. 方吉.大连交通大学 2016
[2]过载作用下疲劳裂纹扩展行为的内在机理研究[D]. 丁振宇.浙江工业大学 2013
硕士论文
[1]随机载荷作用下的高速列车车体振动疲劳分析方法研究[D]. 张醒.西南交通大学 2018
[2]基于结构应力的高速列车铝合金焊接车体疲劳寿命预测方法研究[D]. 向鹏霖.西南交通大学 2017
[3]基于裂纹塑性区影响的疲劳裂纹扩展研究[D]. 尤萌.大连理工大学 2017
[4]高速列车车体疲劳强度可靠性分析[D]. 冯振.西南交通大学 2016
[5]二维裂纹扩展数值模拟及疲劳寿命预测[D]. 刘伟.山东大学 2014
[6]基于VB的工程缺陷管道安全评估[D]. 闻拓.大连理工大学 2012
[7]提速客车车体轻量化问题的研究[D]. 卢耀辉.西南交通大学 2003
本文编号：3637039
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）对称荷载的节点分离示意图（b）一般荷载的节点分离示意图
本文采用的技术路线
西南交通大学硕士研究生学位论文第10页第2章车体铝合金CT试样裂尖应力应变场分析本章对高速列车车体铝合金标准紧凑拉伸试样（CT试样）在单次拉伸条件下裂尖的应力应变场进行分析，首先依据相关标准建立CT试样有限元模型，根据实际试验情况施加载荷和边界条件，通过比较单位载荷下应力强度因子的模拟值和理论值，对CT试样有限元模型进行验证，并计算分析线弹性裂尖应力应变场及考虑幂硬化效应的弹塑性裂尖HRR常2.1车体铝合金CT试样线弹性应力应变场计算分析2.1.1线弹性断裂力学基本理论（1）裂纹扩展的基本类型裂纹包括张开型（Ⅰ型裂纹）、滑开型（Ⅱ型裂纹）和撕开型（Ⅲ型裂纹）三种基本类型，如图2-1所示。图2-1裂纹断裂模式Ⅰ型裂纹，即张开型裂纹。承受的正应力与裂纹面垂直，裂纹面产生沿y方向的位移。即在与裂纹面垂直的正应力的作用下，裂纹上下表面产生张开位移。Ⅰ型裂纹是工程中最常见且最容易引发断裂破坏的裂纹类型。显而易见，裂纹要发生扩展，承受的正应力必须大于零。即结构只有承受单纯的拉伸载荷时才会发生Ⅰ型裂纹扩展。承受的正应力称为远场应力或名义应力，定义为假定无裂纹存在时裂纹处的应力，这样就可以很方便的应用一般的结构应力分析方法来确定该应力的大校Ⅱ型裂纹，即滑开型裂纹。承受的应力作用在xy平面内，称为剪应力，裂纹面产生沿x方向的位移，并与裂纹前缘垂直，即在剪应力的作用下，裂纹两表面沿x方向产生的位移使裂纹沿x方向滑开。Ⅲ型裂纹，即撕开型裂纹。承受的应力作用在yz平面内，也称为剪应力，裂纹
【参考文献】：
期刊论文
[1]车体承重用铝合金型材性能研究[J]. 刘勇凯,王爽,冯小东,徐宁,王志永,蒋鑫伟. 有色金属加工. 2018(06)
[2]改进的Irwin模型及裂尖塑性区对断裂行为的影响[J]. 文阳阳,国凤林. 力学季刊. 2018(03)
[3]波动载荷下X80管道轴向表面裂纹疲劳扩展研究[J]. 贾心怡,马廷霞,刘维洋. 塑性工程学报. 2018(04)
[4]2524铝合金不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为[J]. 刘义伦,何军,刘驰,赵先琼,李松柏,王卿. 锻压技术. 2018(06)
[5]材料构型力驱动的复合型疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 武志宏,王芳文,刘冉,李群. 西安交通大学学报. 2018(09)
[6]等效结构应力法的焊接疲劳评估[J]. 王亦军,董奇志,肖守讷,李西安. 河南科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[7]高速列车转向架构架动应力计算与疲劳全寿命预测[J]. 卢耀辉,向鹏霖,曾京,陈天利. 交通运输工程学报. 2017(01)
[8]铁道客车焊接构架疲劳强度评估方法[J]. 卢耀辉,向鹏霖,曾京,陈天利. 北京交通大学学报. 2016(06)
[9]循环载荷幅值对7075-T7451铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响[J]. 黄志伟,汪静雪,张兴权,段士伟,陈斌,黄志来,裴善报. 金属热处理. 2016(09)
[10]高速列车车体动应力分析方法及寿命预测研究[J]. 卢耀辉,冯振,曾京,陈天利,邬平波. 铁道学报. 2016(09)
博士论文
[1]预测轨道车辆焊接结构振动疲劳寿命的新方法研究与应用[D]. 方吉.大连交通大学 2016
[2]过载作用下疲劳裂纹扩展行为的内在机理研究[D]. 丁振宇.浙江工业大学 2013
硕士论文
[1]随机载荷作用下的高速列车车体振动疲劳分析方法研究[D]. 张醒.西南交通大学 2018
[2]基于结构应力的高速列车铝合金焊接车体疲劳寿命预测方法研究[D]. 向鹏霖.西南交通大学 2017
[3]基于裂纹塑性区影响的疲劳裂纹扩展研究[D]. 尤萌.大连理工大学 2017
[4]高速列车车体疲劳强度可靠性分析[D]. 冯振.西南交通大学 2016
[5]二维裂纹扩展数值模拟及疲劳寿命预测[D]. 刘伟.山东大学 2014
[6]基于VB的工程缺陷管道安全评估[D]. 闻拓.大连理工大学 2012
[7]提速客车车体轻量化问题的研究[D]. 卢耀辉.西南交通大学 2003
本文编号：3637039
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