基于英國標準BS7608的不銹鋼車體焊縫疲勞評估

劉志盛　趙思聰

摘 要：根據(jù)某不銹鋼地鐵設計規(guī)范，依據(jù)EN12663-1：2010標準對中間車車體結構進行了疲勞工況有限元計算，采用BS 7608標準和損傷累積法對焊縫進行了評估，結果表明該車體結構焊縫滿足107循環(huán)周次疲勞壽命的要求。

關鍵詞：BS 7608;不銹鋼車體;焊縫疲勞

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.01.096

近20年來，隨著經濟的快速發(fā)展，城市公共交通的壓力逐漸增大。為解決這一問題，各大城市都在大力發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)。地鐵是城市軌道交通的骨干運輸形式，截至2017年底，中國共有35個城市運營地鐵線路。不銹鋼車輛作為地鐵類型之一，其應用具有廣闊的市場前景。

不銹鋼車體具有高強質輕、防火性和耐腐蝕性強等優(yōu)點;相較于鋁合金車，更有免涂裝和少維護等優(yōu)點，因而受到地鐵運營公司的歡迎。

1 車體FEM模型

本文分析對象為某A型不銹鋼地鐵車體中間車車體結構。車體長度21880mm，最大寬度2890mm。車體結構主要由底架、側墻、車頂和端墻組成。

有限元建模采用HyperMesh，計算分析采用Optistruct。不銹鋼地鐵車體為板殼結構，因此主要采用殼單元，部分厚板結構采用實體單元。點焊焊點采用Optistuct專屬cweld單元。網格平均尺寸15-20mm，部分區(qū)域局部細化，尺寸約10mm。由于車體結構具有對稱性，僅進行半車建模，共有75萬單元和79萬節(jié)點，如圖1所示。

2 計算工況和評定標準

依據(jù)BS EN 12663-1：2010標準和項目的技術規(guī)范，應在車體定員載荷條件下計算共4個疲勞工況，如表1所示。每個疲勞工況應滿足107循環(huán)周次的疲勞壽命。采用BS 7608： 2014標準和累積損傷法對車體焊縫疲勞強度進行評估。

此外，該標準還規(guī)定某些焊接接頭可通過TIG重熔或焊趾打磨等技術改善焊接質量從而提高焊接接頭的疲勞極限，其數(shù)值可達到原來的1.5倍。

3 結果分析

基于篇幅限制，本文僅選取2處典型危險焊縫進行疲勞分析。

3.1 三號門門下角焊縫

根據(jù)BS 7608，三號門門下角焊縫屬于F級，在1000萬循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限值為40MPa。焊趾打磨后，疲勞極限值為60MPa。應力云圖見圖3，計算結果見表2。該焊縫疲勞損傷總計0.82，滿足要求。

3.2 四號門門下角與門立柱垂直焊縫

根據(jù)BS 7608，四號門門下角與門立柱垂直焊縫屬于F2級，在1000萬循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限值為35MPa。焊趾打磨后，疲勞極限值為52.5MPa。應力云圖見圖4，計算結果見表3。該焊縫疲勞損傷總計0.54，滿足要求。

4 結論

采用英國標準BS 7608對不銹鋼車體結構的2處典型危險焊縫進行了疲勞等級判定，并采用累積損傷法計算了疲勞損傷值，結果表明該不銹鋼車體結構焊縫滿足要求。

參考文獻

[1]程海鵬.地鐵車輛不銹鋼車體發(fā)展概況[J].中小企業(yè)管理與科技，2017，（6）：146-147.

[2]顧保南.1997-2017年中國城市軌道交通發(fā)展統(tǒng)計分析[J].城市軌道交通研究，2018，（5）：85-89.

[3]劉新武.地鐵不銹鋼車體側墻焊點拓撲優(yōu)化[J].焊接技術，2018，（8）： 98-101.

[4]王雪芳.城軌車輛不銹鋼車體制造技術研究[J].電力機車與城軌車輛，2012，（3）：76-78.

[5]BS 7608： 2014 Guide to fatigue design and assessmentof steel products[S].British：BSI，2014.

[6]謝素明.基于英國標準的碳鋼客車車體結構疲勞壽命評估[J].大連交通大學學報，2019，（2）：29-32.