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西安车辆厂自从1997年开始批量生产G70一来,不时有罐体枕梁腹板立焊缝裂纹的报告。铁道部组织了21t轴重货物列车进行120km/h的环形线可靠性及综合性试验。试验结果表明,无中梁罐车存在枕梁腹板与牵引梁立焊缝裂纹及枕梁腹板与枕梁上盖板之间的裂纹。经西安厂对裂纹的发展情况进行分析,初步断定为焊缝的疲劳裂纹。从频率和原始波形来看,横向是一种耦合振动,车辆1位、2位的振动频率及相位基本一致,说明该车的主要振型是横向摆动,同时,一定存在某种振动频率与罐体接近的振型与罐体耦合在一起。随着铁路货车朝着重载方向的发展趋势,对此类罐车作进一步的受力分析已显得非常迫切。本文着重从受力的角度来探讨裂纹形成的外在因素,期望从根本上解决此类问题的发生。 在以往的设计中,为了简化计算,常常以静力计算的形式来求证车辆的结构强度,对动态载荷的考虑,也是选择适当的动荷系数,按静力叠加的方式进行计算。虽然结构强度计算和静强度试验均满足相关标准,但实际运用中还出现裂纹。根据疲劳裂纹产生的机理,其外部条件主要为交变载荷。而罐车交变载荷产生的主要原因是液体晃动。因此,在罐车结构设计中,除保留传统的载荷外,增加罐体内液体晃动引起的载荷是符合实际情况的。 本文根据流体力学的基本原理,应用液体横向晃动数学模型,计算出标记载重的G70K液体横向晃动的固有频率为5.1805、8.8006、11.9639,最小频率与环线试验报告中横向振动频率3.75(G79K6283954)及4.0～4.9(G70H6450103)比较接近,这说明液固耦合振动是存在的;液体晃动载荷的大小、方向随时间而变化。结合G70K的罐体模型,将液体横向晃动的压力函数加载在模型上,经过Ansys有限元计算,与未加载液体晃动载荷时的受力分析进行比较,得出一个结论:在正常运行状态下,液体晃动载荷对罐体及枕梁腹板的受力有较大的影响,可以认为液体晃动载荷是造成枕梁腹板裂纹的主要原因之一。 根据分析,论文对枕梁腹板的结构提出以下改进措施:一、提高枕梁腹板自身的强度;二、通过改变枕梁侧盖板的形状来改变截面的抗弯模量;三、通过改变枕梁腹板工艺孔的形式来降低其附近的应力集中,也可通过改进制造工艺,降低焊接缺陷,减少裂纹源的存在。