A7N01鋁合金焊接接頭疲勞強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、我國(guó)高速軌道列車制造技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)逐步跨入國(guó)際先進(jìn)行列。南車集團(tuán)目前已經(jīng)開始開發(fā)時(shí)速350km/h以上的軌道列車制造技術(shù)。車體底架采用A7N01鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，是列車運(yùn)行時(shí)的主要承載部件。A7N01鋁合金是日本為高速列車開發(fā)的用于車體承載底架的高強(qiáng)鋁合金材料，具有優(yōu)良的綜合性能。目前國(guó)產(chǎn)的A7N01鋁合金車體結(jié)構(gòu)服役性能不夠穩(wěn)定，表現(xiàn)為承載底架在動(dòng)載荷作用下焊接接頭部位短期內(nèi)出現(xiàn)疲勞裂紋，從而對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全可靠性造成較大影響。

2、r>　　通過深入分析，認(rèn)為應(yīng)力集中是底架結(jié)構(gòu)短期疲勞失效的最關(guān)鍵的影響因素，為此本論文確定了將降低焊接接頭應(yīng)力集中作為有效提高其疲勞強(qiáng)度的研究思路和主要措施，采用的方案是：通過有限元數(shù)值模擬技術(shù)計(jì)算多種典型A7N01鋁合金焊接接頭的應(yīng)力集中情況，并分析各種幾何參數(shù)對(duì)接頭應(yīng)力集中的影響，形成接頭疲勞強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；再通過一系列試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，最終為提高鋁合金高速列車焊接構(gòu)件疲勞性能提供合理的優(yōu)化措施及其理論支撐。主要的工作和

3、研究成果包括：
　　對(duì)A7N01鋁合金車體承載底架的三種典型對(duì)接接頭的應(yīng)力集中情況進(jìn)行了理論分析計(jì)算。通過改變焊趾過渡角等焊縫幾何參數(shù)對(duì)接頭承載時(shí)的應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行了深入分析計(jì)算，總結(jié)出應(yīng)力集中系數(shù)與焊縫幾何形狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系規(guī)律，最終形成A7N01鋁合金焊接接頭疲勞強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。另外，通過理論計(jì)算證實(shí)三點(diǎn)彎曲法消除焊接試件的角變形可以減少附加應(yīng)力的影響，并在應(yīng)力集中部位引入殘余壓應(yīng)力，從而對(duì)疲勞壽命的提高有很大貢獻(xiàn)。
　　

4、對(duì)不同坡口形式的焊接接頭進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)和疲勞性能分析研究。結(jié)果表明A7N01鋁合金不對(duì)稱單邊V形坡口接頭的疲勞壽命最低，主要斷裂于焊趾位置。疲勞性能低下的原因是應(yīng)力集中、角變形導(dǎo)致的附加應(yīng)力和焊接缺陷。
　　分別通過TIG熔修焊縫整形和焊趾銑削圓弧的方法實(shí)施改變接頭形狀參數(shù)的優(yōu)化方案，對(duì)采用不同優(yōu)化方法的接頭進(jìn)行系統(tǒng)疲勞性能測(cè)試。通過比較證實(shí)，手工TIG堆焊熔修不易控制焊趾角度，很難獲得理想的接頭形狀以降低應(yīng)力集中，整形后反而