基于转向架焊接缺陷估算转向架使用寿命的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机械技术领域，具体设及一种基于转向架焊接缺陷估算转向架使用寿 命的方法。
【背景技术】
[0002] 机车车辆转向架是保障行车安全的关键部件。在车辆运行过程中，转向架承受着 安装部件的工作载荷、制动、牵引和惯性力，是最为关键的承载部件和传力部件之一，对行 车安全起着至关重要的作用，而构架又是转向架的重要承载和传力构件，一般情况下构架 由箱型结构梁组焊而成。在焊接及施工过程中存在外部损伤和难W探察的焊接缺陷，焊接 缺陷的存在将影响焊接接头的质量，而接头质量又直接影响到结构件的安全使用。另外在 列车运行过程中，转向架各部位所承受的实际应力是一个连续的随机过程，该种应力的峰 值和谷值随时间变化的情况称作应力时间历程。在一定服役环境和力学条件下，该些缺陷 就成为裂纹的发源地，当损伤达到一定程度，就会导致疲劳破坏，严重危及行车安全。因此 需要对转向架使用寿命进行估算。
【发明内容】
[0003] (一）要解决的技术问题
[0004] 本发明的目的是实现对转向架使用寿命的估算。
[000引（二）技术方案
[0006] 为了达到上述目的，本发明的提供了一种基于转向架焊接缺陷估算转向架使用寿 命的方法：
[0007] 对根部未焊透缺陷进行检测并表征，根据缺陷形状参数a、c、B确定初始裂纹当量 ai;其中a ;未焊透深度，C ;未焊透缺陷长度的一半，B为缺陷处结构的厚度；
[000引基于=维有限元计算有焊接缺陷部位焊接接头处在不同工况下的最大主应力、 弯曲应力和残余应力，所述最大主应力的幅值
【主权项】
1. 基于转向架焊接缺陷估算转向架使用寿命的方法，其特征在于，包括： 对根部未焊透缺陷进行检测并表征，根据缺陷形状参数a、c、B确定初始裂纹当量ai; 其中a :未焊透深度，c :未焊透缺陷长度的一半，B为缺陷处结构的厚度； 基于三维有限元计算有焊接缺陷部位焊接接头处在不同工况下的最大主应力、 弯曲应力和残余应力，所述最大主应力的幅值
所述弯曲应力幅值
，Δ σ i为最大应力，Δ σ 2为最小应力； 根据公式
确定焊接接头中最大允许裂纹当量长度af;其中，π为圆周 率，K。为评定工况下的材料临界应力强度因子，Y是形状影响因子，σ max是最大拉伸强度， 〇 _= k tmPm+ktb [Pb+(km_l) PJ+Q kjP k tb为应力集中系数；P m为主应力，P b为弯曲应力；k m 为错边修正系数；Q为残余应力； 根据公式
计算其焊接接头的剩余疲劳寿命； 其中，A = 5· 21X 10_13，m = 3， γ ( Δ σ ) = Mfw [ktfflMkmMm Δ 〇 ffl+ktbMkbMb ( Δ σ b+ (Kffl-I) Δ σ J ] 式中：M为突边修正系数；fw有限板宽修正系数；ktD1，ktb为主应力和弯曲应力集中系数； Mm，Mb、Mkm，Mkb为缺陷位于应力集中部位时的修正系数；K m为错位修正系数；af为焊接接头中 最大允许裂纹当量长度。
2. 如权利1所述的方法，其特征在于，所述对根部未焊透缺陷进行检测包括：采用X射 线探伤法或者着色渗透探伤方法对根部未焊透缺陷进行对进行无损检测。
3. 如权利1所述的方法，其特征在于，还包括：根据如下公式计算K。： 其中π为圆周率，〇3为焊接接头的屈服强度，量纲MPa，E为材料的弹性模量，量纲为GPa， S。为裂纹扩展的极限值，量纲mm。
4. 如权利1所述的方法，其特征在于，在计算其焊接接头的剩余疲劳寿命之前，所述方 法还包括：确定焊缝宽度L ;根据所述厚度B及焊缝宽度L并利用二维有限元计算焊接接头 中的表面缺陷位于应力集中部位时的修正系数，或者，利用三维有限元计算深埋缺陷位于 应力集中部位时的修正系数。
【专利摘要】本发明提供一种基于转向架焊接缺陷估算转向架使用寿命的方法，该方法包括：对根部未焊透缺陷进行检测并表征，根据缺陷形状参数a、c、B确定初始裂纹当量ai；基于三维有限元计算有焊接缺陷部位焊接接头处在不同工况下的最大主应力、弯曲应力和残余应力；确定焊接接头中最大允许裂纹当量长度af；计算其焊接接头的剩余疲劳寿命；该方法能够较为准确的估算转向架焊接缺陷的剩余疲劳寿命，为优化改进焊接工艺和对接头进行安全性能评定方面提供可靠理论支撑。
【IPC分类】G01N21-91, G01N23-18, G01N29-04, G01M13-00
【公开号】CN104749200
【申请号】CN201410713767
【发明人】吴向阳, 张志毅, 路浩, 吴发杰, 王勇, 段卫军
【申请人】南车青岛四方机车车辆股份有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年11月28日