大量疲劳试验和运营实践表明,疲劳破坏是工程焊接结构主要的破坏形式之一。疲劳失效通常发生在焊缝的焊趾位置,在交变载荷作用下焊趾处萌生裂纹,并沿着焊趾在板件厚度方向上扩展直至断裂。工程上对焊接结构进行疲劳强度评估时,采用壳单元建模能够显著降低计算规模并缩短分析周期,但由于实际结构几何形状的复杂性,目前其FE仿真模型通常离散为实体单元,且国内外常用的几种疲劳强度理论也都存在着一定的差异性。因此,研究基于体-壳混合单元结构的焊缝疲劳强度分析方法具有重要的工程实践意义。论文基于Hypermesh平台建立了某C0机车转向架焊接构架的三维模型,将模型离散为体-壳混合单元结构。实体单元与壳单元的节点自由度不同,接口处节点直接耦合时刚度不匹配,体-壳单元之间力与位移的传递存在较大的偏差。接口位置采用节点耦合法、MPC接触绑定、RBE3柔性连接法以及RBE2刚性连接法四种方案,验证了体-壳混合单元模型的计算精度。研究表明,采用RBE2刚性单元连接时,接口处应力扰动显著减小,计算精度较高。工程上应用最为广泛的名义应力法不考虑焊接接头自身应力集中效应,导致焊趾位置的应力计算结果与实际出现偏差。论文采用美国焊接结构研究中心的董平沙等人提出的基于主S-N曲线的等效结构应力法,考虑了焊接接头的应力集中效应,具有对网格尺寸和形状不敏感性的特点。基于断裂力学理论,结合了大量的疲劳试验、实际运营数据,得出了较为严谨的单一通用的主S-N曲线,提高了焊接接头疲劳寿命预测的准确性。获得局部坐标系下焊缝的节点力和节点力矩是等效结构应力法的难点,使得该方法在工程上难以得到广泛应用。论文基于FORTRAN编程语言,实现了空间焊缝焊趾节点局部坐标系的自动识别方法。通过Hypermesh建立焊接构架的体-壳混合单元模型,导入ANSYS软件中进行疲劳强度仿真分析,并利用APDL语言提取壳单元、实体单元焊缝在整体坐标系下的节点坐标信息、焊缝单元信息以及不同载荷工况下的节点力和节点力矩信息;基于FORTRAN语言,编程处理有限元分析结果的信息文件,识别直线、空间曲线焊缝焊趾节点局部坐标系,经坐标转换得到局部坐标系下的节点力和节点力矩;根据标准ASME规范和董平沙提出的基于主S-N曲线等效结构应力法,推导了 4节点壳单元和8节点实体单元的以结构应力σs为控制参数的等效结构应力Ss,并结合主S-N曲线完成焊接结构焊缝的疲劳强度评估。通过与传统名义应力法的疲劳强度评估结果对比,研究结果表明:基于体-壳混合单元结构的等效结构应力法与名义应力法所得到的结构危险区域略有差异,但整体分布趋于一致,两者疲劳强度最大材料利用度所在的位置相同;相较于名义应力法的焊缝节点疲劳强度评估结果,等效结构应力法所得到的焊趾节点疲劳强度材料利用度偏差不大,数值整体偏小且分散性较大,工程上其焊缝疲劳强度分析结果趋于危险。