基于三種不同疲勞評估標準的不銹鋼車體的焊縫疲勞評估

王小杰 劉龍璽 趙思聰

摘要：針對某不銹鋼地鐵車體結構，采用BS 7608、Eurocode3和IIW標準分別對焊縫進行了疲勞壽命評估，結果表明Eurocode 3和IIW的評估結果要嚴于BS 7608的結果。

關鍵詞：BS 7608;Eurocode 3;IIW;不銹鋼車體;焊縫疲勞

中圖分類號：U270 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0190-02

0 ?引言

BS 7608、Eurocode 3和IIW為我國軌道交通行業鋼車車體結構疲勞評估時經常采用的國際標準。BS 7608標準的全稱為BS 7608： 2014+： 2015 Guide to fatigue design and assessment of steel products，該標準為英國焊接學會制定并頒布[1]。Eurocode3標準的全稱為BS EN 1993-1-9： 2005 Eurocode 3： Design of steel structures-Part 1-9： Fatigue[2]。IIW標準的全稱為Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components，該標準為國際焊接學會制定并頒布[3]。

本文對比分析了BS 7608、Eurocode 3和IIW三個標準的疲勞接頭等級分類和許用值，并利用這三個標準對某不銹鋼地鐵車體結構焊縫進行了疲勞壽命評估。

1 ?標準對比

BS 7608標準焊接接頭共有13個等級，其S-N曲線在雙對數坐標下為直線，如圖1所示，其方程為，即。通過表1可以查詢13個等級的疲勞強度值。

Eurocode3標準焊接接頭共有14個等級，其S-N曲線的數學表述形式與BS 7608標準一致，如圖2所示。各個等級的疲勞強度由循環2×106次的常應力范圍值確定。Eurocode 3標準規定，如果疲勞循環載荷為常應力幅值，則循環5×106次的常應力范圍值可代表107的疲勞強度。但在實際項目中，業主一般仍然要求采用實際的循環107次的常應力范圍值。

IIW標準焊接接頭共有13個等級，其S-N曲線的數學表述形式與BS 7608標準一致，如圖3所示。各個等級的疲勞強度（FAT）由循環2×106次的常應力范圍值確定。

利用三個標準評估車體結構焊接接頭疲勞壽命的方法基本相同。首先，根據焊接接頭形式和接頭外部作用載荷方向確定焊接接頭等級及疲勞強度，其次根據Miner線性損傷累積計算公式計算各疲勞工況下評估點的損傷值，最后將所有疲勞工況的損傷值相加，若總損傷值小于1，則符合要求[4]。

2 ?車體有限元模型與計算工況

以文獻[5]中的某A型不銹鋼地鐵中間車車體結構為研究對象，其有限元模型如圖4所示。根據EN 12663-1： 2010標準，疲勞工況如表2所示。

3 ?計算結果

如圖5和圖6所示，文獻[5]中有兩道被評估焊縫。此兩道焊縫在3個標準中所屬的接頭等級如表3所示。

3.1 焊縫1

焊縫1三個標準的計算結果見表4。BS 7608的損傷值是0.82，符合要求。Eurocode 3和IIW的損傷值均超過1，不符合要求。

3.2 焊縫2

焊縫2三個標準的計算結果見表5。BS 7608的損傷值是0.16，符合要求。Eurocode 3和IIW的損傷值均超過1，不符合要求。

4 ?結論

對某不銹鋼地鐵的焊縫采用BS 7608、Eurocode 3和IIW三個標準分別進行疲勞評估，結果表明BS 7608的評估結果是合格的，Eurocode 3和IIW的評估結果是不合格的。

參考文獻：

[1]BS 7608： 2014 + A1： 2015 Fatigue design and assessment of steel structures [S].

[2]BS EN 1993-1-9： 2005 Eurocode3： Design of steel structures-P-art1-9： Fatigue [S].

[3]Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components-（IIW Collection） [S].

[4]謝素明，等.基于英國標準的碳鋼客車車體結構疲勞壽命評估[J].大連交通大學學報，2019（2）：29-32.

[5]劉志盛，等.基于英國標準BS7608的不銹鋼車體焊縫疲勞評估[J].現代商貿工業，2020，41（01）：197-198.