基于二次开发技术及AAR标准的货车焊接结构疲劳寿命预测.pdf

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1、第2 9 卷第3 期铁道学报V 0 1 2 9N o 32OO7 年6 月J O U R N A L0 FT H EC H I N AR A I L W A YS O C I E T YJ u n e2 0 0 7文章编号：1 0 0 1 8 3 6 0(2 0 0 7)0 3 0 0 9 4 0 6基于二次开发技术及A A R 标准的货车焊接结构疲劳寿命预测李晓峰1，李向伟2(1 大连交通大学机械工程学院，辽宁兆文忠1大连1 1 6 0 2 8；2 齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司技术中心，黑龙江齐齐哈尔1 6 1 0 0 0)摘要：为解决对铁路货车车辆焊接结构疲劳寿命预测的难题，运用I

2、-D E A S 软件提供的二次开发功能，研制了基于A A R 标准的铁路货车疲劳寿命预测系统。采用C O R B A 与I-D E A S 互操作技术将载荷谱处理模块、F E A 结果提取模块、疲劳计算模块、综合计算模块以自定义I C O N 形式嵌入到I-D E A S 软件之中。采用M i n e r 线性累积损伤理论及A A R 标准中提供的s N 曲线，实现了有限元分析与疲劳寿命预测的系统集成。最后，以铁路重载运煤货车为实例，进行疲劳寿命预测与方案评估，证明当从疲劳寿命的角度对铁路货车的设计方案选优时，本文的研究是有实用价值的。关键词：铁路货车；A A R 标准；疲劳寿命预测；二次开

3、发中图分类号：U 2 7 2；U 2 7 0 1 2 文献标志码：AP r e d i c t i o no fF a t i g u eL i f eo fR a i l w a yV e h i c l eW e l d e dC o n s t r u c t i o nB a s e do nS e c o n d a r yD e v e l o p m e n tT e c h n o l o g ya n dS t a n d a r d _ A A RL IX i a o f e n 9 1，L IX i a n g w e i 2，Z H A OW e n-z h o n 9

4、 1(1 S c h o o lo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g，D a l i a nJ i a o t o n gU n i v e r s i t y，D a l i a n1 1 6 0 2 8，C h i n a；2 T e c h n i cC e n t e r，Q i q i h a rR a i l w a yR o l l i n gS t o c k(G r o u p)C o L t d，Q i q i h a r1 6 1 0 0 0，C h i n a)A b s t r a c t：T os o l v et

5、h ed i f f i c u l tp r o b l e mo fp r e d i c t i n gt h ef a t i g u el i f eo fw e l d e dc o n s t r u c t i o n so fr a i l w a yv e h i c l e s t h ef u n c t i o no fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n tb ym e a n so ft h eI D E A Ss o f t w a r ei su t i l i z e dt od e v e l o pt h eS t a

6、 n d a r d A A Rb a s e df a t i g u e l i f ep r e d i c t i n gs y s t e mf o rr a i l w a yv e h i c l e s U s i n gt h eC O R B A I D E A Si n t e r o p e r a b i l i t yt e c h n i q u e，t h em o d u l eo fl o a ds p e c t r u mp r o c e s s i n g，m o d u l eo fF E Ar e s u l t se x t r a c t i

7、 o n，m o d u l eo ff a t i g u el i f ec a l c u l a t i o na n dm o d u l eo fc o m p r e h e n s i v ec a l c u l a t i o na r ee m b e d d e di n t ot h eI D E A Ss o f t w a r ea ss e l f _ d e f i n e dI C O N T h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n df a t i g u el i f ep r e d i c t i

8、o na r ei n t e g r a t e di n t ot h es y s t e mo nt h eb a s i so ft h eM i n e rl i n e a rd a m a g ea c c u m u l a t i o nt h e o r ya n db ya d o p t i o no ft h eS Nd a t ai n c l u d e di nS t a n d a r d A A R A sap r a c t i c a le x a m p l e，t h ef a t i g u el i f eo fh e a v y l o a

9、dc o a lw a g o n si sp r e d i c t e da n dt h ed e s i g ns c h e m ei se v a l u a t e d T h er e s e a r c hr e s u l t sp r o v et ob eo fp r a c t i c a lv a l u ew h e ns e l e c t i n gt h eo p t i m u mr a i l w a yw a g o nd e s i g ns c h e m ei nv i e wo ff a t i g u el i f ep r e d i c

10、t i o n K e yw o r d s：r a i l w a yv e h i c l e s；S t a n d a r d A A R；f a t i g u el i f e；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t疲劳断裂产生的机理很复杂，疲劳寿命预测涉及到力学、材料、冶金、数理统计等多学科的交叉，往往需要大量的实测数据，尤其是对焊接结构的疲劳寿命预测更为困难。随着中国铁路一系列提速、重载新产品收稿日期：2 0 0 6 1 1 0 7：修回日期：2 0 0 7 0 11 6基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究项目资助(0 5 L 0 5 2)作

11、者简介：李晓峰(1 9 7 2 一)，男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，硕士。E-m a i l：l x f d j t u e d u c n的产生，以传统的静强度设计理念进行产品设计，往往使产品结构静强度有余而疲劳强度不足，这已经成为产品运用中严重的安全隐患。但由于目前还不能从理论上将影响疲劳的众多复杂因素归纳为统一的物理模型或数学模型，因此，对疲劳问题的研究目前还主要集中在实验环节上 1 2 。但实验本身不仅需要物理样机，且成本高、周期长。为此，笔者开发了基于A A R 万方数据第3 期基于二次开发技术及A A R 标准的货车焊接结构疲劳寿命预测标准的焊接结构疲劳寿命预测系统，目的是以美国A

12、A R 标准为内核，以提速重载货车为应用对象，开发一个平台。该平台的功能是：在方案设计阶段，能对设计中包括焊缝在内的每一个结构细节进行疲劳寿命预测，从疲劳寿命预测结果中，对设计方案进行比较，从而支持可靠性设计。1基于A A R 标准的焊接疲劳寿命预测系统A A R 机务标准，是美国铁路协会机务部门的推荐标准，在许多铁路货车设计部门得到了广泛应用。该标准的新造货车的疲劳设计中，提供了典型焊接接头S N 曲线实验数据，还提供了多种货车车型实测载荷谱。运用M i n e r 线性累积损伤理论，对货车焊接结构的疲劳寿命预测，A A R 标准给出了一条完整的技术路线。A A R 标准提供了8 0 种用于

13、焊接接头疲劳寿命预测的钢结构及铝合金结构的S N 曲线，这些数据可以支持复杂的工程问题，尤其对基于寿命要求的设计方案对比意义重大。1 1 结构总体设计疲劳寿命预测系统以铁路工厂内被广泛使用的ID E A S 软件为基础。开发过程中采集了A A R 标准中提供的大量实验数据，以工程上通用的M i n e r 线性累积损伤理论为依据，以面向对象的V C+为开发语言及A D 0 数据库技术，运用大型C A D C A E 分析软件I-D E A S 提供的二次开发接口，开发了基于A A R标准的铁路车辆疲劳寿命预测系统。该系统在开放性的数据库系统中，内置了A A R标准中提供的所有货车车型载荷谱数据

14、、焊接接头SN 曲线数据及G o o d m a n 曲线数据。以自定义I C O N形式嵌入到I-D E A S 软件之中，设计人员可以运用F E A 数据提取模块与I-D E A S 软件相互配合，自动提取I D E A S 后处理结果中的应力数据，并以可视化方式从A A R 标准中选择焊接接头数据，然后写入疲劳评估点参数。该系统运用M i n e r 线性累积损伤理论，根据疲劳评估点数据及载荷谱数据，快速计算出疲劳损伤值及设计寿命汇总数据，并自动生成计算报告。同时，该软件系统还可以把疲劳计算结果写入I D E A S 后处理集中，实现在I-D E A S 软件中动态观察疲劳评估结果。根据

15、A A R 标准中给出的疲劳分析流程，结合目前广泛采用的有限元数值分析法，运用下述分析流程，可以计算出焊接结构的疲劳寿命值。该系统工作流程如图1 所示。(1)将预测对象离散成有限元模型，并指定具体动应力测试文件N o按I I W 标准编应力谱车类型选估点选择卜_ 叫A A R 载动应力获得卜一l 有限元法7 敢鑫篙隶I 壅型矍堡堂影一二二二苎竺芦竺垦兰皇竺竺i 翌输出寿命测试文件I图1 系统工作流程不意图待评估点的位置；(2)从A A R 标准中选定合适的载荷谱；(3)根据载荷谱中的指定值加载到有限元模型上，从而对应力分布进行标定；(4)根据载荷谱的变化规律，获得预测对象的动应力谱；(5)双向

16、应力状态下，按A A R 标准的要求获取用于疲劳评估的当量应力；(6)根据该点应力变化情况，求其循环特性；(7)根据该点所在焊接接头形式，从A A R 标准中，选择建立修正G o o d m a n 图的参数；(8)根据M i n e r 损伤累计理论逐次计算待评估点的疲劳寿命。该流程图中“按1 1 w 标准编应力谱”是一项附加功能，它支持不考虑应力循环特性而考虑应力变化范围的疲劳寿命预测口。1 2 软件系统功能模块为了实现子对象间有较高的独立性，使耦合度达到最低，将本系统划分成4 大子模块：载荷谱管理模块；F E A 数据提取模块；疲劳寿命计算模块；综合计算模块。其中，综合计算模块由4 个子

17、模块组成，即：基于贴片试验的疲劳计算模块、基于动应力测试的疲劳计算模块、基于已知疲劳设计寿命的当量应力反求模 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据基于二次开发技术及AAR标准的货车焊接结构疲劳寿命预测基于二次开发技术及AAR标准的货车焊接结构疲劳寿命预测作者：李晓峰，李向伟，兆文忠，LI Xiao-feng，LI Xiang-wei，ZHAO Wen-zhong作者单位：李晓峰,兆文忠,LI Xiao-feng,ZHAO Wen-zhong(大连交通大学,机械工程学院,辽宁,大连,116028)，李向伟,LI Xiang-wei(齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司,技术中心,黑龙

18、江,齐齐哈尔,161000)刊名：铁道学报英文刊名：JOURNAL OF THE CHINA RAILWAY SOCIETY年，卷(期)：2007,29(3)被引用次数：1次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.徐灏 疲劳强度 19882.刘德刚;王凤洲 国外疲劳研究及应用领域的新发展期刊论文-铁道车辆 2001(09)3.霍立兴 焊接结构的断裂行为及评定 20004.美国铁路研究协会 AAR机务标准手册:货车设计规范 19995.侯澍旻;李友荣 结构疲劳寿命分析软件的开发及应用期刊论文-机械研究与应用 2003(02)6.严隽耄 车辆工程 19997.李向伟;范国海;谢素明 出口澳大利亚煤车

19、车体FEA与试验对比报告 2006 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.谢素明.王惠子.李晓峰.兆文忠 货车车体焊接结构疲劳寿命评估反问题研究期刊论文-铁道车辆2009,47(11)2.刘健 考虑复杂应力状态的焊接结构疲劳寿命估算研究学位论文20093.武奇.郭海丁 基于场强法的法兰角焊接结构的疲劳寿命估算方法会议论文-20054.张开林.ZHANG Kai-lin 基于热点应力法的转向架构架疲劳寿命工程评定方法期刊论文-机车电传动2006(5)5.宋天民.张国福.管建军 振动焊接对焊件疲劳寿命的影响及机理分析会议论文-20016.杨鑫华.兆文忠.王春生.李娅娜.卢碧红 基于局

20、部-整体方法的客车构架侧梁焊接变形数值仿真会议论文-20077.刘海明 扎破磁悬浮泡沫期刊论文-观察与思考2002(10)8.管德清.吕黎明.杨勇.赵晓华.GUAN De-qing.LU Li-ming.YANG Yong.ZHAO Xiao-hua 焊接结构疲劳强度预测的局部法研究期刊论文-湘潭大学自然科学学报2005,27(1)9.宋天民.张国福.尹成江.张德芬.万发延.管建军 振动焊接对焊件疲劳寿命的影响及机理分析会议论文-200010.占彦 大秦线2万吨重载列车摇枕载荷谱的试验研究学位论文2010 引证文献(1条)引证文献(1条)1.兆文忠.方吉 虚拟样机与其核心技术CAE的内涵与建模期刊论文-大连交通大学学报 2008(5)本文链接：http:/