CN109781557B - 列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法 - Google Patents

列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法，包括如下步骤：S1、通过仿真计算确定车体焊接组件的固定端的紧固力，以及所述车体焊接组件的受力端的施力参数，所述施力参数包括初始施加力和循环力；S2、根据步骤S1中确定的所述紧固力将所述车体焊接组件的第一端固定，对所述车体焊接组件的第二端进行应力循环试验，其中，所述车体焊接组件的第二端的施力参数为步骤S1中确定的所述施力参数。该焊缝疲劳测试方法能够提高对车体焊接组件的焊缝疲劳寿命的评估。

Description

列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法
技术领域
本发明涉及疲劳测试技术领域，特别是涉及一种列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法。
背景技术
为满足轻量化发展需求，高速列车车体多采用铝合金材料，高速列车既要承受来自轨道的高频激励、又要承受列车高速通过隧道和高速交汇引起的气动载荷，因此，高速类车对安全性和可靠性有更高的要求，在这些复杂载荷的组合作用下，车体焊接结构必须具有足够的疲劳强度和合理的刚度。
车体疲劳强度对高速列车的安全运行至关重要，车体部件的焊缝热影响区开裂或焊缝开裂等是主要的疲劳失效形式，所以有必要对车体组件的焊缝进行疲劳测试。
目前，对车体组件的焊缝疲劳实验方法主要是将公称尺寸相同的试样装夹在轴向力疲劳试验机上，并对试样施加循环应力，通过循环应力次数来试验材料的疲劳寿命。该种方法的技术虽然比较成熟，但是对于非标准样件的测量存在缺陷。
除此之外，虽然也有其他对于车体焊接结构的疲劳实验方法，但是均无法考量工件的实际受力情况，无法准确评估车体焊接组件的焊缝的疲劳寿命。
因此，如何设计一种焊缝疲劳测试方法，能够提高对车体焊接组件的焊缝疲劳寿命的评估，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法，包括如下步骤：
S1、通过仿真计算确定车体焊接组件的固定端的紧固力，以及所述车体焊接组件的受力端的施力参数，所述施力参数包括初始施加力和循环力；
S2、根据步骤S1中确定的所述紧固力将所述车体焊接组件的第一端固定，对所述车体焊接组件的第二端进行应力循环试验，其中，所述车体焊接组件的第二端的施力参数为步骤S1中确定的所述施力参数。
本发明提供的车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法，先通过仿真确定车体焊接组件在进行疲劳实验时需要的紧固力大小和施加力大小，这样，在实验时可按照车体焊接组件的实际受力情况进行装夹固定及施力，因车体焊接组件实验时的固定情形与施力情形与真实受力情况更接近，所以得到的结果更准确，能够对车体焊接组件的焊缝疲劳寿命进行更准确地评估；同时，因为待测工件实验时的受力情形通过前期仿真计算确定，能够保证实验的重复性和可靠性。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，步骤S1具体包括如下步骤：
S11、建立车体三维模型，对所述车体三维模型进行动力学分析，以获取不同工况条件下车体焊接组件所在位置的受力载荷谱；
S12、截取待测试的车体焊接组件对应的模型部分，根据所述受力载荷谱对所述模型部分进行有限元分析，以确定待测试的车体焊接组件的固定端的紧固力，以及待测试的车体焊接组件的受力端的最大应力和最小应力，并根据所述最大应力和所述最小应力确定所述施力参数。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，步骤S12中，所述施力参数的确定方法如下：
所述初始施加力F初＝(Fo+Fu)/2-FG；
所述循环力F循＝Fo-(Fo+Fu)/2；
式中，Fo＝σo*S，Fu＝σu*S；
其中，σo为所述最大应力，σu为所述最小应力，S为施力压头的面积，FG为施力压头的重力；所述车体焊接组件的第二端通过所述施力压头施加压力。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，步骤S2中，通过施力压头对所述车体焊接组件的第二端施加压力，所述施力压头与疲劳实验设备连接。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，步骤S2中，对所述车体焊接组件的第二端进行应力循环试验的循环周期为设定次数，若未完成设定次数，所述车体焊接组件断裂，根据所述疲劳实验设备的记录数据确定所述车体焊接组件的疲劳寿命，若完成设定次数，观察车体焊接组件的焊缝是否有裂纹，若有裂纹，则根据所述疲劳实验设备的记录数据确定所述车体焊接组件的疲劳受，若无裂纹，则所述车体焊接组件满足设计要求。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，所述设定次数具体为1000万次。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，步骤S2中，所述车体焊接组件的第一端通过紧固件固定于台架上，且其下端压抵与压块，所述压块与所述台架固定连接。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，所述车体焊接组件的下端具有与所述压块卡合的卡槽。
如上所述的焊缝疲劳测试方法，所述压块设有两个，两个所述压块沿所述车体焊接组件的第一端至第二端的方向排布，所述紧固件位于两个所述压块之间。
附图说明
图1为本发明所提供列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法的一种具体实施例的流程示意图；
图2为具体实施例中车体焊接组件安装于台架的结构示意图；
图3为图2的俯视图。
其中，图2和图3中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：
台架110，压块120，车体焊接组件130，施力压头140；
第一紧固螺栓210，第一垫板220，弹性垫圈230，第二紧固螺栓240，第二垫板250，第三紧固螺栓260。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法的一种具体实施例的流程示意图。
该实施例中，列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法包括如下步骤：
S1、通过仿真计算确定车体焊接组件的固定端的紧固力，以及车体焊接组件的受力端的施力参数，该施力参数包括初始施加力和循环力；
S2、根据步骤S1中确定的紧固力将车体焊接组件的第一端固定，对车体焊接组件的第二端进行应力循环实验，其中，车体焊接组件的第二端的施力参数为步骤S1中确定的施力参数。
该焊缝疲劳测试方法，先通过仿真确定车体焊接组件在进行疲劳实验时需要的紧固力大小和施加力大小，这样，在实验时可按照车体焊接组件的实际受力情况进行装夹固定及施力，因车体焊接组件实验时的固定情形与施力情形与真实受力情况更接近，所以得到的实验结果更准确，能够对车体焊接组件的焊缝疲劳寿命进行更准确地评估；同时，因为待测拱架实验时的受力情形通过前期仿真计算确定，能够保证实验的重复性和可靠性。
可以理解，实验时对车体焊接组件的固定端的紧固力和活动端的施加力通过仿真计算确定，实际中，仿真计算时应当尽可能模拟车体的实际运行情况，以使得实验时车体焊接组件的受力情形与实际情况尽可能一致，提高实验效果。
具体的方案中，上述步骤S1具体包括如下步骤：
S11、建立车体三维模型，对该车体三维模型进行动力学分析，以获取不同工况条件下车体焊接组件所在位置的受力载荷谱；
可以理解，所建立的车体三维模型包括焊缝连接部分，其中，机车车辆多体系统动力学理论很成熟，已经广泛应用于车辆动力学仿真分析过程，也就是说，对车体三维模型的动力学分析可基于已有技术进行，此处不再赘述；不同工况条件可根据实验需求来确定，具体地，不同工况条件可以包括车辆直线通过或曲线通过等。
S12、截取待测试的车体焊接组件对应的模型部分，根据受力载荷谱对该模型部分进行有限元分析，以确定待测试的车体焊接组件的固定端的紧固力，以及待测试的车体焊接组件的受力端的最大应力和最小应力，并根据最大应力和最小应力确定施力参数。
建立整个车体的三维模型，在此基础上获得车体焊接组件所在位置的受力载荷谱，能够获得更接近实际运行情形的车体焊接组件的受力情形，从而能够提高后续实验结果的准确性。
具体的，在获得待测试的车体焊接组件的受力端的最大应力和最小应力的基础上，施力参数通过下述公式确定：
F初＝(Fo+Fu)/2-FG；
F循＝Fo-(Fo+Fu)/2；
式中，Fo＝σo*S，Fu＝σu*S；
其中，F初为实验时在车体焊接组件的受力端施加的初始施加力，F循为实验时在车体焊接组件的受力端施加的循环力，σo为前述步骤S12中确定的最大应力，σu为前述步骤S12中确定的最小应力，S为施力压头的面积，FG为施力压头的重力。
实验时，通过施力压头向车体焊接组件的受力端施加力，因施力压头具有重力，所以，在对初始施加力进行计算时还需要考虑施力压头对车体焊接组件的受力端的影响。
具体地，施力压头与疲劳实验设备连接，该疲劳实验设备选用已有的疲劳实验设备，可以根据前期计算控制施力压头作用于车体焊接组件的施加力，并对实验过程的相关数据进行记录。
更具体地，对车体焊接组件的第二端进行应力循环试验的循环周期为设定次数，该设定次数可根据需求来设定，比如1000万次，在对车体焊接组件进行疲劳实验的过程中，若是在未完成该设定次数的情况下，车体焊接组件就断裂，则表明该车体焊接组件不符合设计要求，可根据疲劳实验设备的记录数据确定车体焊接组件的疲劳寿命，以为后续数据分析提供实验基础；若是完成该设定次数，可观察车体焊接组件的焊缝是否有裂纹，若有裂纹，则表明该车体焊接组件不符合设计要求，可根据疲劳实验设备的记录数据确定车体焊接组件的疲劳寿命，以为后续数据分析提供实验基础，若无裂纹，则表明该车体焊接组件满足设计要求。
请一并参考图2和图3，图2为具体实施例中车体焊接组件安装于台架的结构示意图；图3为图2的俯视图。
具体的方案中，步骤S2中，将车体焊接组件130的第一端固定在台架110上，其第二端设有施力压头140，该施力压头140与疲劳实验设备(图中未示出)连接。
具体地，车体焊接组件130的第一端通过紧固件固定在台架110上，紧固件的紧固力的大小如前所述根据步骤S1中的仿真计算确定。
具体地，实验时，为更好地模拟车体焊接组件130的真实受力情形，在台架110上固定连接有压块120，车体焊接组件130的第一端通过紧固件与台架110固定后，车体焊接组件130的下端压抵在压块120上。
实际设置时，车体焊接组件130的下端设有卡槽结构，该卡槽与压块120卡合配合，如图2所示。
此处，为方便说明，将车体焊接组件130的第一端(固定端)至第二端(受力端)的方向定义为车体焊接组件130的长度方向，与此垂直的方向为车体焊接组件130的宽度方向。
可以理解，车体焊接组件130的卡槽沿其宽度方向延伸。
具体地，台架110上固设有两个压块120，车体焊接组件130与台架110的固定位置位于两个压块120之间，以使得车体焊接组件130的固定端受力更稳定。
具体地，车体焊接组件130的第一端通过第一紧固螺栓210与台架110固定连接，第一紧固螺栓210的头部与车体焊接组件130之间可以设置第一垫板220和弹性垫圈230。
如图3所示，沿车体焊接组件130的宽度方向，车体焊接组件130的第一端具体通过两个第一紧固螺栓210与台架110固定连接，此时，车体焊接组件130的第一端的紧固力平均分配至两个第一紧固螺栓210，也就是说，若是车体焊接组件130的第一端的紧固力为F，那么每个第一紧固螺栓210的压紧力应为F/2。
施力压头140具体与车体焊接组件130的受力端固定连接，实验时，通过疲劳实验设备向施力压头140施加力，从而使车体焊接组件130的受力端受力。
施力压头140具体通过第二紧固螺栓240与车体焊接组件130的受力端固定连接，两者之间可以设置第二垫板250。
压块120具体通过第三紧固螺栓260与台架110固定连接。
以上对本发明所提供的一种列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过仿真计算确定车体焊接组件的固定端的紧固力，以及所述车体焊接组件的受力端的施力参数，所述施力参数包括初始施加力和循环力；
S2、根据步骤S1中确定的所述紧固力将所述车体焊接组件的第一端固定，对所述车体焊接组件的第二端进行应力循环试验，其中，所述车体焊接组件的第二端的施力参数为步骤S1中确定的所述施力参数；
步骤S1具体包括如下步骤：
S11、建立车体三维模型，对所述车体三维模型进行动力学分析，以获取不同工况条件下车体焊接组件所在位置的受力载荷谱；
S12、截取待测试的车体焊接组件对应的模型部分，根据所述受力载荷谱对所述模型部分进行有限元分析，以确定待测试的车体焊接组件的固定端的紧固力，以及待测试的车体焊接组件的受力端的最大应力和最小应力，并根据所述最大应力和所述最小应力确定所述施力参数。
2.根据权利要求1所述的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，步骤S12中，所述施力参数的确定方法如下：
所述初始施加力F初＝(Fo+Fu)/2-FG；
所述循环力F循＝Fo-(Fo+Fu)/2；
式中，Fo＝σo*S，Fu＝σu*S；
其中，σo为所述最大应力，σu为所述最小应力，S为施力压头的面积，FG为施力压头的重力；所述车体焊接组件的第二端通过所述施力压头施加压力。
3.根据权利要求1或2所述的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，步骤S2中，通过施力压头对所述车体焊接组件的第二端施加压力，所述施力压头与疲劳实验设备连接。
4.根据权利要求3所述的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，步骤S2中，对所述车体焊接组件的第二端进行应力循环试验的循环周期为设定次数，若未完成设定次数，所述车体焊接组件断裂，根据所述疲劳实验设备的记录数据确定所述车体焊接组件的疲劳寿命，若完成设定次数，观察车体焊接组件的焊缝是否有裂纹，若有裂纹，则根据所述疲劳实验设备的记录数据确定所述车体焊接组件的疲劳受，若无裂纹，则所述车体焊接组件满足设计要求。
5.根据权利要求4所述的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，所述设定次数具体为1000万次。
6.根据权利要求1或2所述的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，步骤S2中，所述车体焊接组件的第一端通过紧固件固定于台架上，且其下端压抵与压块，所述压块与所述台架固定连接。
7.根据权利要求6所述的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，所述车体焊接组件的下端具有与所述压块卡合的卡槽。
8.根据权利要求6所述的焊缝疲劳测试方法，其特征在于，所述压块设有两个，两个所述压块沿所述车体焊接组件的第一端至第二端的方向排布，所述紧固件位于两个所述压块之间。
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