基于DVS1608 標準的高速動車組焊接結構疲勞強度評估

許慶霞

（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司，山東 青島266111）

1 概述

隨著軌道車輛研發(fā)水平的提高，車輛輕量化的需求，鋁合“金材料以質(zhì)量輕、強度高等優(yōu)點，在軌道車輛得到廣泛的應用。德國鐵路鋁合金焊接接頭設計及疲勞強度評估標準DVS1608，2010 版”中疲勞強度評估方法，可以極便利的在設計中運用，使焊縫設計與生產(chǎn)及質(zhì)檢統(tǒng)一起來。本文使用有限元軟件建立砂箱有限元模型,用DVS1608 評估方法來評估焊縫疲勞。

2 DVS1608 疲勞強度評估方法

鋁合金構件對應的疲勞壽命為1×107次，存活率為97.5%。

DVS1608-2010 采用距離焊縫5mm 處應變片應力進行評估。評估應力包括平行及垂直于焊縫的正應力，及相應剪應力。定義所有疲勞工況下平行及垂直于焊縫的正應力應力幅，及相應剪應力應力幅分別為σa∥，σa⊥及τa，對應的許用值為σap∥，σap⊥及τap。定義應力幅與許用應力幅的比值為利用系數(shù)，分別為Uf⊥，Uf∥，Ufτ，并設焊縫應力由相鄰單元的應力計算得到。

對于鋁合金構件根椐DVS 1608，焊縫疲勞強度利用系數(shù)由下式進行評估：

垂直于焊縫強度利用系數(shù)：

平行于焊縫強度利用系數(shù)：

焊縫剪切強度利用系數(shù)：

焊縫合成疲勞強度利用系數(shù)UFe根據(jù)以下公式計算：

焊縫的最大利用系數(shù)可表示為：

根據(jù)DVS 1608，焊縫疲勞強度利用系數(shù)應該滿足：UFmax燮1.0。

σa⊥zul、σa||zul和τzul由DVS 1608 獲得。該值與焊縫類型、焊接等級、受力方向、應力比、屈服強度、板厚等眾多因素相關。許用正應力幅和許用剪應力幅分別見公式（6）和（7）：

公式（6）和（7）中x 取值值考慮了焊縫類型，焊接等級等。Mσ為平均正應力影響系數(shù)，Mτ為平均剪應力影響系數(shù)。Mσ=0.15，Mτ=0.09。

厚度對焊縫許用疲勞強度的影響如下：

3 砂箱焊縫疲勞強度計算

圖1 是某高速動車組砂箱，材料為EN-AW-5083。

圖1 砂箱幾何模型

3.1 砂箱有限元模型

砂箱有限元模型在Hypermesh 中建立，砂箱用殼單元模擬，梁單元用來模擬螺栓，砂子用質(zhì)點來模擬。有限元模型見圖2。

圖2 砂箱有限元模型

3.2 疲勞工況

根據(jù)標準EN12663：2010《鐵路應用- 鐵路車輛結構要求》規(guī)定的P-Ⅱ類疲勞強度載荷進行計算。

3.3 砂箱焊接

因DVS1608 評估焊縫疲勞強度時，已經(jīng)考慮焊縫類型，焊接等級等影響，所以不需要建焊縫有限元模型，而取焊縫位置的單元應力進行評估。砂箱的焊接信息見圖3。

圖3 砂箱焊接類型

根據(jù)相應焊縫類型、所評估應力方向（垂直或平行于焊縫）、焊縫安全等級等從DVS1608 表C-1.1-3.2 確定曲線，并確定x值，求得相應許用應力幅，并進行疲勞評估。

3.4計算結果及結論

圖4 焊接疲勞強度利用系數(shù)

砂箱焊縫最大利用系數(shù)為0.05<1，滿足DVS1608 要求。

4 結論

本文用DVS1608 標準評估了高速動車組砂箱焊縫的疲勞強度，驗證了砂箱設計的合理性，為結構設計工程師提供了依據(jù)。