冷轧奥氏体不锈钢车体材多点焊结构强度和疲劳可靠性的试验研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:lvy_yvl2009
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冷轧301L系列板是制造轨道不锈钢轻量车体的主材,随着大批200公里时速动车组轻量化客车投入使用和全国地铁、城铁的扩展,对不锈钢轻量化客车的需求正迅速增加。目前,国产奥氏体不锈钢冷轧板材已经投入使用,但由于缺乏应用领域的基础研究,不锈钢车体设计、制造过程中遇到了很多亟待解决的困难。本文以国产301L-HT板为研究对象,在前期对单点电阻点焊疲劳性能研究的基础上,通过对多点焊结构的拉伸剪切静强度试验和高周疲劳试验、以及在此基础上进行有限元失效模拟分析,研究焊点个数与排布对静强度和疲劳强度的影响,优化多点焊结构和点焊工艺,为车体设计、制造提供可参考基础数据和理论依据。研究结果表明,多点焊结构断裂静强度与焊点数呈良好的线性关系,焊点的排布对断裂强度几乎没有影响;点焊结构刚度随焊点数的增加而增大,等边三角形排布的结构刚度优于其它排布方式;点焊结构的断裂吸收功随焊点数的增加而增大,其中沿拉伸方向竖直排布的点焊结构断裂吸收攻最大。试件的疲劳断裂模式全部为双面穿板断裂,疲劳裂纹起始于点焊热影响区搭接板内表面,沿板厚方向向外表面扩展;点焊结构99.9%存活率的疲劳极限与焊点个数基本呈线性倍数关系,而50%存活率的疲劳极限对于单点、双点、四点呈线性关系,等边三角形排布的三点焊结构载荷分布不均匀,疲劳极限较低、与双点接近。利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对多点焊结构的拉伸剪切实验进行动力学分析模拟,结果表明在多点焊结构的部分焊接接头存在严重的应力集中,从而导致点焊接头的强度最低,是疲劳裂纹萌生和扩展的位置;有限元分析结果与疲劳试验和断裂分析结果证明单点、双点、四点焊结构的焊点排布较为合理,有利于均匀分布载荷,抗疲劳性优于等边三角形焊点排布。证明用有限元分析软件对点焊结构进行失效模拟的可行性,甚至可以部分替代剪切拉伸试验。
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