A7N01鋁合金焊接接頭可靠性評(píng)估及補(bǔ)焊性能研究.pdf

1、隨著高速列車運(yùn)行速度的不斷提升,服役安全性問題也日益凸顯。目前為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,需要對(duì)運(yùn)行使用中的整個(gè)車體結(jié)構(gòu)做定期的檢修。針對(duì)檢修發(fā)現(xiàn)的缺陷,常常僅憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同類型、不同位置、不同尺寸的面缺陷統(tǒng)一采用補(bǔ)焊的處理措施。然而補(bǔ)焊常常伴隨著接頭性能的降低以及結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力場(chǎng)的變化,補(bǔ)焊過程對(duì)焊接結(jié)構(gòu)服役性能的影響機(jī)制極為復(fù)雜,是結(jié)構(gòu)安全性研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。因此基于“合用性原則”建立合理的缺陷檢修評(píng)定準(zhǔn)則對(duì)于提高高速列車服役安全性具有重要理論

2、和工程意義。
　　本論文以高速列車底架A7N01鋁合金典型焊接接頭為研究對(duì)象,借助于有限元模擬和實(shí)驗(yàn)分析兩種手段,采用BS7910方法對(duì)補(bǔ)焊前后接頭進(jìn)行安全性評(píng)定?；跀嗔蚜W(xué)理論,采用Paris公式對(duì)其進(jìn)行剩余壽命計(jì)算,最終提出了滿足可靠性要求的補(bǔ)焊依據(jù)。具體的工作及研究成果主要包括:
　　通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)得到在服役動(dòng)載荷作用下車體底架的應(yīng)力分布,并且綜合考慮車體承載底架焊接結(jié)構(gòu)的工作應(yīng)力場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律,將補(bǔ)焊

3、前后高應(yīng)力區(qū)域的三個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)作為構(gòu)件安全性評(píng)估位置。
　　基于斷裂力學(xué)理論,對(duì)車體底架三種典型對(duì)接接頭進(jìn)行有限元模擬分析計(jì)算,得到補(bǔ)焊前三種接頭及補(bǔ)焊后接頭裂紋形狀系數(shù)與裂紋長(zhǎng)度之間的函數(shù),為準(zhǔn)確評(píng)估高速列車車體底架的可靠性提供了依據(jù)。
　　利用BS7910方法對(duì)三個(gè)評(píng)估位置進(jìn)行安全性評(píng)估,FAD圖結(jié)果表明對(duì)接K形坡口的安全性最低。對(duì)于補(bǔ)焊前后焊接接頭中實(shí)際存在的半橢圓表面裂紋和單邊穿透裂紋進(jìn)行脆斷評(píng)定,結(jié)果表明三個(gè)評(píng)估位置均

4、滿足安全性要求。在給定工況下對(duì)兩種裂紋進(jìn)行裂紋容限計(jì)算,發(fā)現(xiàn)單邊穿透裂紋比半橢圓表面裂紋危險(xiǎn)得多。
　　通過Paris公式對(duì)含有單邊穿透裂紋焊接接頭進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算,結(jié)果表明:若補(bǔ)焊前后接頭中初始裂紋長(zhǎng)度相同,補(bǔ)焊后接頭承載能力降低;若補(bǔ)焊前后接頭中初始裂紋長(zhǎng)度不同,補(bǔ)焊后疲勞剩余壽命大大提高,說明相對(duì)存在裂紋的情況下補(bǔ)修焊依然是提高接頭承載能力的一種有效方法。最后,在滿足安全性的條件下,基于補(bǔ)焊前后疲勞剩余壽命相同的原則,建立了