基于英國標(biāo)準(zhǔn)BS7608的不銹鋼車體焊縫疲勞評(píng)估

劉志盛　趙思聰

摘 要：根據(jù)某不銹鋼地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范，依據(jù)EN12663-1：2010標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中間車車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了疲勞工況有限元計(jì)算，采用BS 7608標(biāo)準(zhǔn)和損傷累積法對(duì)焊縫進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明該車體結(jié)構(gòu)焊縫滿足107循環(huán)周次疲勞壽命的要求。

關(guān)鍵詞：BS 7608;不銹鋼車體;焊縫疲勞

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.01.096

近20年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市公共交通的壓力逐漸增大。為解決這一問題，各大城市都在大力發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)。地鐵是城市軌道交通的骨干運(yùn)輸形式，截至2017年底，中國共有35個(gè)城市運(yùn)營地鐵線路。不銹鋼車輛作為地鐵類型之一，其應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)前景。

不銹鋼車體具有高強(qiáng)質(zhì)輕、防火性和耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);相較于鋁合金車，更有免涂裝和少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因而受到地鐵運(yùn)營公司的歡迎。

1 車體FEM模型

本文分析對(duì)象為某A型不銹鋼地鐵車體中間車車體結(jié)構(gòu)。車體長(zhǎng)度21880mm，最大寬度2890mm。車體結(jié)構(gòu)主要由底架、側(cè)墻、車頂和端墻組成。

有限元建模采用HyperMesh，計(jì)算分析采用Optistruct。不銹鋼地鐵車體為板殼結(jié)構(gòu)，因此主要采用殼單元，部分厚板結(jié)構(gòu)采用實(shí)體單元。點(diǎn)焊焊點(diǎn)采用Optistuct專屬cweld單元。網(wǎng)格平均尺寸15-20mm，部分區(qū)域局部細(xì)化，尺寸約10mm。由于車體結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，僅進(jìn)行半車建模，共有75萬單元和79萬節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。

2 計(jì)算工況和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)BS EN 12663-1：2010標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目的技術(shù)規(guī)范，應(yīng)在車體定員載荷條件下計(jì)算共4個(gè)疲勞工況，如表1所示。每個(gè)疲勞工況應(yīng)滿足107循環(huán)周次的疲勞壽命。采用BS 7608： 2014標(biāo)準(zhǔn)和累積損傷法對(duì)車體焊縫疲勞強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。

此外，該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定某些焊接接頭可通過TIG重熔或焊趾打磨等技術(shù)改善焊接質(zhì)量從而提高焊接接頭的疲勞極限，其數(shù)值可達(dá)到原來的1.5倍。

3 結(jié)果分析

基于篇幅限制，本文僅選取2處典型危險(xiǎn)焊縫進(jìn)行疲勞分析。

3.1 三號(hào)門門下角焊縫

根據(jù)BS 7608，三號(hào)門門下角焊縫屬于F級(jí)，在1000萬循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限值為40MPa。焊趾打磨后，疲勞極限值為60MPa。應(yīng)力云圖見圖3，計(jì)算結(jié)果見表2。該焊縫疲勞損傷總計(jì)0.82，滿足要求。

3.2 四號(hào)門門下角與門立柱垂直焊縫

根據(jù)BS 7608，四號(hào)門門下角與門立柱垂直焊縫屬于F2級(jí)，在1000萬循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限值為35MPa。焊趾打磨后，疲勞極限值為52.5MPa。應(yīng)力云圖見圖4，計(jì)算結(jié)果見表3。該焊縫疲勞損傷總計(jì)0.54，滿足要求。

4 結(jié)論

采用英國標(biāo)準(zhǔn)BS 7608對(duì)不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的2處典型危險(xiǎn)焊縫進(jìn)行了疲勞等級(jí)判定，并采用累積損傷法計(jì)算了疲勞損傷值，結(jié)果表明該不銹鋼車體結(jié)構(gòu)焊縫滿足要求。

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