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基于等效结构应力的铝合金地铁车体疲劳寿命预测
作者：李伟伟等
来源：《计算机辅助工程》2014年第05期
摘要： 为评估某铝合金地铁车辆的疲劳寿命，采用美国ASME标准中的网格不敏感的主SN曲线法对该车焊缝进行疲劳寿命预测.用HyperMesh对车体进行有限元建模，并对焊缝处网格细化；用ANSYS计算焊缝处应力；运用自主开发的FEWeld软件对其进行等效结构应力的计算和疲劳寿命的预测；对疲劳寿命不符合设计要求的结构进行改进和优化，改进后结构的疲劳寿命符合设计要求.网格不敏感的主SN曲线法具有重要工程应用推广价值.
关键词： 地铁； 焊缝建模； 疲劳寿命预测； 有限元； 等效结构应力法； ASME标准； 主SN曲线； 铝合金焊接结构
中图分类号： U270.2；TB115.1文献标志码： B
Abstract： To evaluate the fatigue life of an aluminum subway vehicle， the weld line fatigue life of the vehicle is predicted by the meshinsensitive master SN method in ASME standard of the United States. The finite element model of the car body is built by HyperMesh and the mesh of weld lines is refined； the stress near weld lines is calculated by ANSYS； by the selfdeveloped software FEWeld， the equivalent structural stress is calculated and the fatigue life is calculated； the structures where the fatigue life cannot meet the design requirements are improved and optimized， and the fatigue life of the improved structure meets the design requirements. The meshinsensitive master SN curve method has great promotion value on engineering application.
Key words： subway； weld line modeling； fatigue life prediction； finite element； equivalent stress method； ASME standard； master SN curve； aluminum welded structure 引言
轨道车辆车体由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室等几部分组成，一个合格的车体不仅要满足强度和稳定性的要求，疲劳寿命也是重要指标之一.近几年来，城市轨道疲劳失效事故时有发生，不仅影响旅客安全，还造成经济损失.车体疲劳是一种车体焊接结构发生损伤的过程，在这个过程中，在循环载荷的作用下，即使应力低于材料的屈服极限，车体也会出现疲劳裂纹.一般来说，焊接接头是车体结构发生疲劳破坏的薄弱环节，因此对车体结构进行疲劳评估主要是对焊接接头进行疲劳寿命评估.
随着高速列车和轻轨、地铁的发展，列车的高速化和轻量化等课题越来越受到重视.铝合金材料具有质量轻，屈服强度和抗拉强度高，耐腐蚀，以及加工性能好等优点，逐渐被广泛应