基于英国标准BS7608的不锈钢车体焊缝疲劳评估

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　　摘 要：根据某不锈钢地铁设计规范，依据EN12663-1：2010标准对中间车车体结构进行了疲劳工况有限元计算，采用BS 7608标准和损伤累积法对焊缝进行了评估，结果表明该车体结构焊缝满足107循环周次疲劳寿命的要求。
　　关键词：BS 7608;不锈钢车体;焊缝疲劳
　　中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.01.096
　　
　　近20年来，随着经济的快速发展，城市公共交通的压力逐渐增大。为解决这一问题，各大城市都在大力发展城市轨道交通系统。地铁是城市轨道交通的骨干运输形式，截至2017年底，中国共有35个城市运营地铁线路。不锈钢车辆作为地铁类型之一，其应用具有广阔的市场前景。
　　不锈钢车体具有高强质轻、防火性和耐腐蚀性强等优点;相较于铝合金车，更有免涂装和少维护等优点，因而受到地铁运营公司的欢迎。
　　1 车体FEM模型
　　本文分析对象为某A型不锈钢地铁车体中间车车体结构。车体长度21880mm，最大宽度2890mm。车体结构主要由底架、侧墙、车顶和端墙组成。
　　有限元建模采用HyperMesh，计算分析采用Optistruct。不锈钢地铁车体为板壳结构，因此主要采用壳单元，部分厚板结构采用实体单元。点焊焊点采用Optistuct专属cweld单元。网格平均尺寸15-20mm，部分区域局部细化，尺寸约10mm。由于车体结构具有对称性，仅进行半车建模，共有75万单元和79万节点，如图1所示。
　　2 计算工况和评定标准
　　依据BS EN 12663-1：2010标准和项目的技术规范，应在车体定员载荷条件下计算共4个疲劳工况，如表1所示。每个疲劳工况应满足107循环周次的疲劳寿命。采用BS 7608： 2014标准和累积损伤法对车体焊缝疲劳强度进行评估。
　　此外，该标准还规定某些焊接接头可通过TIG重熔或焊趾打磨等技术改善焊接质量从而提高焊接接头的疲劳极限，其数值可达到原来的1.5倍。
　　3 结果分析
　　基于篇幅限制，本文仅选取2处典型危险焊缝进行疲劳分析。
　　3.1 三号门门下角焊缝
　　根据BS 7608，三号门门下角焊缝属于F级，在1000万循环次数下的疲劳极限值为40MPa。焊趾打磨后，疲劳极限值为60MPa。应力云图见图3，计算结果见表2。该焊缝疲劳损伤总计0.82，满足要求。
　　3.2 四号门门下角与门立柱垂直焊缝
　　根据BS 7608，四号门门下角与门立柱垂直焊缝属于F2级，在1000万循环次数下的疲劳极限值为35MPa。焊趾打磨后，疲劳极限值为52.5MPa。应力云图见图4，计算结果见表3。该焊缝疲劳损伤总计0.54，满足要求。
　　4 结论
　　采用英国标准BS 7608对不锈钢车体结构的2处典型危险焊缝进行了疲劳等级判定，并采用累积损伤法计算了疲劳损伤值，结果表明该不锈钢车体结构焊缝满足要求。
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