轨道车辆焊接结构三维穿透裂纹强度分析

作     者：董祺 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王悦东;李向伟

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：车辆安全性评估 尺寸效应 厚度效应 约束效应 

摘      要：轨道车辆安全性分析是车辆结构服役强度评估中最重要的组成部分,在车辆结构设计和寿命评估分析中起着十分重要的作用。但在通常情况下,服役安全性评估结果相比实际情况存在较大误差,这是因为断裂力学理论体系尚未完善,且焊接结构几何尺寸效应较为明显。因此针对如何提高焊接结构裂纹断裂参数计算精度的理论研究具有十分重要的意义。本文以裂纹结构约束效应和断裂韧度厚度效应为基础,对有限元软件进行断裂参数测试试样的参数化建模二次开发,对三点弯曲试样和紧凑拉伸试样进行断裂参数的有限元数值计算。研究结果表明约束效应在物理层面直接影响断裂参数的数值结果,考虑约束效应计算得到的断裂参数结果与试验结果误差均在5%左右,相比常规断裂参数结果更接近实际情况;断裂韧度的厚度效应可在概率层面上量化厚度对断裂韧度的影响,这种拟合方法可以根据已有实验结果预测不同厚度条件下的断裂韧度,预测值与实验值的误差均小于5%,相比常规计算方法适用于更多实际应用情况。将断裂试件的研究结果根据工程需求代入焊接结构进行断裂参数精确计算分析。其一,焊根处穿透裂纹采用多维参数断裂力学进行分析计算,结果与试验值误差均比单参数断裂力学计算结果低,但随着高阶项应力的影响最大误差达到9.61%,并且面外约束效应断裂韧度修正参数与厚度尺寸相关性较低,不同厚度的参数结果最大偏差仅为1.13%。其二,焊趾处穿透裂纹采用断裂韧度厚度效应进行拟合,可以预估不同厚度焊接结构焊趾穿透裂纹的断裂韧度。通过断裂参数精确计算方法优化轨道车辆焊接结构剩余寿命评估模型,根据不同的穿透裂纹产生位置和实际工程精度需求,选取不同的分析方法,使实际工程中的应用误差有所降低,从而达到对轨道车辆安全性评估进行优化的目的。