摘要
随着轨道交通向着高速、重载以及高舒适性的方向发展，对于列车转向架承载结构的安全性、可靠性、耐久性等指标提出了更高的要求。转向架作为铁路车辆运行过程中轨道激励的重要承载部件，在复杂的交变载荷及环境不可预测的作用下，焊接构架焊缝及高应力危险区域极易形成裂纹，威胁列车的安全，因此对于焊接结构疲劳失效的合理性评估显得尤为关键。 多轴应力考虑了焊缝实际的空间受力状态，其疲劳破坏与焊缝的空间走向有关，将空间应力分解为沿焊缝方向的正应力、垂直于焊缝的正应力和平行于焊缝的剪应力分别评估，并利用各方向应力之间的相互影响计算综合效果。方向应力确定的核心是局部坐标系的建立，根据焊缝空间走向的特点，分为直线焊缝、曲线焊缝和圆管对接焊缝，对于母材，其局部坐标系的建立结合了焊缝局部坐标系的建立特点和最大主应力破坏假说。根据坐标转换方法，编写Matlab计算程序，并在Matlab/GUI环境下对程序进行界面设计。该评估系统分为数据库模块、人机交互界面模块和疲劳计算模块，可计算钢材和铝合金两种材料的疲劳强度。 利用该评估系统，对某地铁转向架构架的典型焊缝和母材进行多轴疲劳评估，结果表明：直线对接焊缝其综合效果受垂直于焊缝的x向正应力影响最大；圆管对接焊缝在顶部和底部分别存在较大的压应力和拉应力，其综合效果主要取决于垂直于焊缝的x向正应力，但相比直线对接焊缝由于存在扭转，其切向应力对综合效果也有较大影响；底板角焊缝与对接焊缝明显不同，其综合效果主要取决于沿焊缝方向的y向正应力，且在焊缝走向的圆弧位置具有最大材料利用度；立板角焊缝多轴效应明显，在不同的位置分别由不同的方向应力占据主导作用。对比多轴方法与单轴方法在焊缝与母材上的评估，结果表明：对于焊缝，在处于压缩状态的区域，由于结构疲劳破坏假设只与最大主应力有关，因此单轴法结果更为危险，对于最大主应力占主导地位的拉应力区域，由于最大主应力方向的应力值更加极端，导致单轴方法评估结果偏于安全；对于母材，采用多轴疲劳方法更能够考察导致结构疲劳破坏的受力因素，考虑多向应力的影响，避免低估了存在明显多轴效应的应力点，同时免受极端的单轴效应明显的应力点影响，更利于结构的轻量化设计。对比试验结果和仿真，结果表明：该评估构架具有较高的安全裕量，采用单轴方法无法考察出现较大压应力的上盖板圆弧过渡位置的危险点，且将拉应力明显的转臂拉杆座位置评估得较大，结果过于保守；采用多轴应力法可将处于压缩状态的上盖板圆弧这一薄弱区域暴露出来，同时整体评估结果的安全裕量比单轴更大，有利于轻量化设计，也更符合试验结论，具有更大的评估参考价值。
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