高速動車組車體鋁合金橫梁疲勞裂紋擴展研究.pdf

1、鋁合金作為一種成熟的輕金屬材料，其在高速動車組車體上的廣泛使用已經(jīng)被公認為是實現(xiàn)車體輕量化的重要途徑。目前高速列車底架橫梁主要采用A7N01-T5鋁合金大型擠壓型材，這些橫梁用于吊掛車下設備，以保證車輛的正常運行。但是隨著高速列車的速度不斷提高，車底鋁合金橫梁受到的垂向動載荷越來越大，某高速動車組車底橫梁出現(xiàn)了疲勞裂紋的問題，研究橫梁結構的疲勞裂紋擴展的壽命和裂紋擴展路徑將對提高我國動車組的可靠性和安全性具有重要意義。本文選取了我國高速

2、動車組列車常用的A7N01-T5鋁合金車底橫梁為對象，通過疲勞裂紋擴展試驗結合ABAQUS和NASGRO軟件研究疲勞裂紋擴展行為。
　　首先對車底橫梁進行了安裝應力試驗和實際線路上的動應力試驗。根據(jù)牽引變流器設備和橫梁可能出現(xiàn)的配合間隙分工況進行安裝應力試驗。結果表明橫梁的各個吊掛點上的應力并不相同，其應力值具有分散性，隨著模擬間隙的增大，橫梁吊掛點處的安裝應力值也在變大。實測高速動車組在線路上運營時橫梁的動應力數(shù)據(jù)，基于nCod

3、e軟件處理線路動應力試驗的數(shù)據(jù)得到各個測點的應力譜，計算其在列車運營1200萬公里下的等效應力，結果表明橫梁上各測點的動應力水平較小。
　　接著將橫梁的受力情況進行簡化，截取部分橫梁制作試樣，利用MTS疲勞試驗機進行了標定試驗，確定橫梁所受載荷大小。在裂紋最易發(fā)生的位置，橫梁的T型槽內側拐角處，預制一條貫穿裂紋并進行了橫梁試件的疲勞裂紋擴展試驗。研究了橫梁結構在平面應變條件下，受幅值不同的恒幅垂向循環(huán)載荷下，疲勞裂紋擴展壽命和裂紋

4、擴展路徑，其結果表明在相同的載荷均值下，裂紋擴展的壽命隨著載荷幅值的減小而增大，裂紋擴展路徑相似，均沿著橫梁法蘭水平擴展。
　　在ABAQUS中，利用其擴展有限元功能，在橫梁試件的有限元模型上插入預制初始裂紋，并建立試件實際約束和載荷，觀察裂紋擴展情況。結果表明XFEM方法能夠有效地模擬出橫梁結構疲勞裂紋擴展行為，準確計算出裂紋擴展壽命，為解決工程結構的實際問題提供了方便有效的途徑。
　　利用斷裂力學分析軟件NASGRO對橫