地铁铝合金车体的强度仿真及疲劳寿命评估

来源 :大连交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanxi581018
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现如今,地铁已是都市人出行的首选交通方式,而车体作为地铁车辆上最重要的组成部分,它的强度关系到运行的安全性与舒适性,其重要性不言而喻。对车体强度的研究,不止局限于静强度,随着人们对疲劳问题的深入理解,疲劳强度分析已经成为车体强度分析时的重中之重。本文以疲劳寿命评估为研究主线,以某地铁铝合金车体为研究对象展开研究。本文首先对国内外铝合金车体的发展历程以及疲劳评估现状做了研究,明确了铝合金用作车体材料的优势以及疲劳设计方法在提高车体使用寿命时的重要性,对疲劳破坏形式以及传统的疲劳寿命预测方法做了简单概述。紧接着,结合断裂力学的相关知识,对有限元法理论进行了研究,同时对疲劳问题进行了系统梳理,重点研究了四种疲劳寿命评估方法,即名义应力法、热点应力法、缺口应力法、结构应力法,确定使用名义应力作为评估参量评估车体的疲劳寿命。本文接着研究了两个使用名义应力法进行疲劳评估的标准,即DVS1608标准和IIW标准,并通过两个实例进行了简单验证,对比了两个标准在评估焊接结构疲劳寿命时的特点,确定以DVS1608标准为主要参考标准校核车体的疲劳强度。确定了参考标准之后,根据DVS1608标准的评估流程和里面的相关算法,利用APDL程序语言,以有限元分析软件ANSYS为平台进行二次开发,编写了基于DVS1608标准评估疲劳寿命的MAC宏程序,同时利用Tcl/TK语言进行界面开发,搭建了疲劳寿命评估平台,该平台可以内嵌多种评估方法以及评估标准,在使用时,可以通过评估平台直接调用编写好的宏程序。在结构仿真阶段,本文利用Hyper Mesh软件创建了某地铁铝合金车体的有限元模型,并根据EN12663-2010标准确定加载工况,对其进行了静强度分析、刚度分析以及模态分析,分析结果表明,以上三者皆满足相关标准的要求。最后利用编写好的程序对该车体以及车上焊缝进行疲劳强度验证,结果表明,车体母材以及焊缝的疲劳强度满足DVS1608标准的要求。最后根据EN15085标准,完成对焊缝的应力因数等相关系数的计算,实现对重要焊缝的质量等级和检验等级的评估。本论文所研究的内容,对铝合金车体的疲劳强度设计以及车体焊缝的等级评估具有重要的理论研究和工程应用意义。
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