摘要： 為了在多工況下進(jìn)行焊接構(gòu)架多軸應(yīng)力的疲勞強(qiáng)度評(píng)估，在直接法和投影法的基礎(chǔ)上，將二階張量坐標(biāo)變換的性質(zhì)應(yīng)用于構(gòu)架的多軸應(yīng)力疲勞評(píng)估，提出了張量法.該方法將多軸應(yīng)力轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系和同一截面下，根據(jù)獲得的最大應(yīng)力和最小應(yīng)力進(jìn)行疲勞評(píng)估.以某型轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架為例，建立了該構(gòu)架的有限元模型，計(jì)算結(jié)構(gòu)在多工況下的應(yīng)力，并用直接法、投影法和張量法計(jì)算了焊接構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度. 通過臨界面法和Ncode軟件的計(jì)算，驗(yàn)證3種方法的合理性.結(jié)果表明：考慮多軸應(yīng)力方向的張量法明顯優(yōu)于另外兩種方法，與Ncode計(jì)算結(jié)果誤差最小，為4.42%.

關(guān)鍵詞： 焊接構(gòu)架；疲勞分析；主應(yīng)力準(zhǔn)則；多軸應(yīng)力；張量法

中圖分類號(hào)： O346.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： AA Novel Fatigue Analysis Method of Welded FramesXIAO Shoune，YANG Chao，YANG Guangwu

焊接構(gòu)架在轉(zhuǎn)向架中起著極其重要的作用，承受著縱向、橫向和垂向的復(fù)合載荷，應(yīng)力分布復(fù)雜，構(gòu)架的疲勞失效對(duì)車輛的運(yùn)行安全性影響極大[13].疲勞失效評(píng)估準(zhǔn)則主要有主應(yīng)力準(zhǔn)則、最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則、McDiarmid準(zhǔn)則、BrownMiller準(zhǔn)則和Dang Van準(zhǔn)則[4].

疲勞壽命計(jì)算方法包括名義應(yīng)力法、熱點(diǎn)應(yīng)力法和缺口應(yīng)力法等[56].名義應(yīng)力法廣泛應(yīng)用于鐵路行業(yè)，并以主應(yīng)力準(zhǔn)則和Goodman曲線作為焊接構(gòu)架疲勞強(qiáng)度評(píng)定的主要依據(jù)[79].目前對(duì)多軸應(yīng)力轉(zhuǎn)換處理的方法主要有直接法、投影法和等效應(yīng)力法.文獻(xiàn)[10]中提出一種基于矢量投影的數(shù)據(jù)處理方法（投影法），詳細(xì)闡述了其原理和過程.文獻(xiàn)[11]中提出了一種焊接構(gòu)架疲勞強(qiáng)度評(píng)定的工程方法，這種方法跟投影法基本相同，但在最大主應(yīng)力的選擇上有區(qū)別.文獻(xiàn)[12]將多工況下的最大和最小應(yīng)力簡(jiǎn)化為二維平面應(yīng)力狀態(tài)，用等效平均應(yīng)力和等效應(yīng)力幅評(píng)估構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度.

上述方法都是為了解決主應(yīng)力在各個(gè)工況下，不同方向，將多軸應(yīng)力轉(zhuǎn)換為單軸應(yīng)力或等效應(yīng)力，即多軸應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換.若以結(jié)構(gòu)某點(diǎn)處的微元六面體為對(duì)象，主應(yīng)力則成對(duì)出現(xiàn)，且等值反向，這些方法不能完全合理的解決多軸應(yīng)力轉(zhuǎn)換的問題.

本文以張量原理為理論基礎(chǔ)，對(duì)某型焊接構(gòu)架進(jìn)行疲勞分析，應(yīng)用應(yīng)力張量的性質(zhì)解決了多軸應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換問題.1構(gòu)架的疲勞評(píng)估方法1.1直接法根據(jù)中國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2368—2005《動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，制定構(gòu)架的疲勞載荷工況，利用有限元軟件計(jì)算出焊接構(gòu)架在各個(gè)載荷工況下的靜強(qiáng)度結(jié)果.構(gòu)架的受力情況復(fù)雜，應(yīng)力分布是多軸應(yīng)力狀態(tài)，要計(jì)算構(gòu)架上某位置的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，需將多軸應(yīng)力狀態(tài)等效為單軸應(yīng)力狀態(tài).

直接法就是取各節(jié)點(diǎn)（或單元）在所有載荷工況下的主應(yīng)力值，通過式（1）、（2）計(jì)算平均應(yīng)力和應(yīng)力幅.

5結(jié)束語針對(duì)結(jié)構(gòu)在多工況下的多軸應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換問題，以張量原理為基礎(chǔ)，提出了張量法.利用直接法、投影法和張量法計(jì)算焊接構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較.通過臨界面法和Ncode的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，張量法的計(jì)算結(jié)果明顯好于另兩種方法，與Ncode計(jì)算結(jié)果的最大誤差只有4.42%，其結(jié)果更合理，符合工程應(yīng)用的要求.

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（中文編輯：秦瑜英文編輯：蘭俊思）