应力集中对焊接接头疲劳性能影响的有限元分析

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随着经济的发展,高速已经成为现代运输的一个重要标志,而这其中的高速铁路以其诸多优点,如运量大、污染轻、耗能低被世界各国广泛重视。随着京津、武广线的开通,我国也进入了高速铁路的建设阶段,这也对高速运行的机车车辆提出了更高的性能要求。列车转向架作为机车和车辆的关键部件,其疲劳强度等力学性能不容忽视。本文以转向架的基本连接形式—焊接为研究课题,就焊接接头的疲劳性能进行了数值仿真计算和试验研究。主要分析了常用焊接接头形式(对接、十字接)下的接头疲劳性能的主要因素—焊缝的几何参数(应力集中系数)。本论文研究的内容与成果如下:1、由于焊接构件的疲劳的影响因素不仅包含了应力集中、形状尺寸、表面状态等这些基本的因素,还包括由于焊接工艺特殊性所带来的例如焊接缺陷、残余应力等方面的影响因素。为了更好的研究焊接接头应力集中对其疲劳性能的影响,本文首先采用焊后热处理将试样的残余应力去除,然后进行相应的疲劳试验。2、详细的介绍了应用于分析焊接接头疲劳的不同方法及适应性。通过对焊接接头的建模进行有限元分析(ABAQUS),得到应力集中系数,然后通过不同的方法(传统的局部应力应变法、各种修正的局部应力应变法)对其进行疲劳寿命的理论计算并加以比较。3、通过专业的疲劳软件MSC.Fatigue来运用适应于高周疲劳的局部应力应变法对焊接接头其进行分析,并且通过和试验数据进行比较说明有限元方法的合理性与可行性。最后对于常见的焊接接头形式(对接、十字接)的几何参数对应力集中系数和疲劳寿命进行了系统的分析,得到应力集中系数和疲劳寿命之间的关系,为得到焊缝最佳形状与提高焊接接头的疲劳性能提供理论依据。
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