A7N01鋁合金焊接接頭可靠性評估及補焊性能研究.pdf

1、隨著高速列車運行速度的不斷提升,服役安全性問題也日益凸顯。目前為了及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,需要對運行使用中的整個車體結(jié)構(gòu)做定期的檢修。針對檢修發(fā)現(xiàn)的缺陷,常常僅憑經(jīng)驗對不同類型、不同位置、不同尺寸的面缺陷統(tǒng)一采用補焊的處理措施。然而補焊常常伴隨著接頭性能的降低以及結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力場的變化,補焊過程對焊接結(jié)構(gòu)服役性能的影響機制極為復(fù)雜,是結(jié)構(gòu)安全性研究領(lǐng)域的熱點。因此基于“合用性原則”建立合理的缺陷檢修評定準(zhǔn)則對于提高高速列車服役安全性具有重要理論

2、和工程意義。
　　本論文以高速列車底架A7N01鋁合金典型焊接接頭為研究對象,借助于有限元模擬和實驗分析兩種手段,采用BS7910方法對補焊前后接頭進行安全性評定?；跀嗔蚜W(xué)理論,采用Paris公式對其進行剩余壽命計算,最終提出了滿足可靠性要求的補焊依據(jù)。具體的工作及研究成果主要包括:
　　通過數(shù)值模擬和試驗得到在服役動載荷作用下車體底架的應(yīng)力分布,并且綜合考慮車體承載底架焊接結(jié)構(gòu)的工作應(yīng)力場和殘余應(yīng)力場的分布規(guī)律,將補焊

3、前后高應(yīng)力區(qū)域的三個危險點作為構(gòu)件安全性評估位置。
　　基于斷裂力學(xué)理論,對車體底架三種典型對接接頭進行有限元模擬分析計算,得到補焊前三種接頭及補焊后接頭裂紋形狀系數(shù)與裂紋長度之間的函數(shù),為準(zhǔn)確評估高速列車車體底架的可靠性提供了依據(jù)。
　　利用BS7910方法對三個評估位置進行安全性評估,FAD圖結(jié)果表明對接K形坡口的安全性最低。對于補焊前后焊接接頭中實際存在的半橢圓表面裂紋和單邊穿透裂紋進行脆斷評定,結(jié)果表明三個評估位置均

4、滿足安全性要求。在給定工況下對兩種裂紋進行裂紋容限計算,發(fā)現(xiàn)單邊穿透裂紋比半橢圓表面裂紋危險得多。
　　通過Paris公式對含有單邊穿透裂紋焊接接頭進行疲勞壽命計算,結(jié)果表明:若補焊前后接頭中初始裂紋長度相同,補焊后接頭承載能力降低;若補焊前后接頭中初始裂紋長度不同,補焊后疲勞剩余壽命大大提高,說明相對存在裂紋的情況下補修焊依然是提高接頭承載能力的一種有效方法。最后,在滿足安全性的條件下,基于補焊前后疲勞剩余壽命相同的原則,建立了