文档名：基于线性强化结构应变法的低周疲劳分析
摘要：焊接结构的低周疲劳分析对于轨道车辆尤为重要.为了有效评估焊接结构的低周疲劳,提出一种基于线性强化本构的结构应变数值计算方法.该方法基于经典板壳理论和弹塑性力学.通过考虑材料的应变硬化行为,将材料的真实应力应变关系简化为线性强化本构关系.利用有限元分析软件ABAQUS和Fe-safe计算焊接结构焊趾位置的结构应力,给出基于径向回退算法的线性强化本构塑性修正模型.利用MATLAB编写结构应变数值计算程序对结构应力进行塑性修正,并计算结构应变.基于该结构应变,给出了考虑板厚效应和载荷模式的等效结构应变范围计算公式,利用主应变-寿命曲线分析低周疲劳数据,建立了广泛用于轨道车辆的Q450高强度耐候钢材料制成的3种焊接接头的有限元模型.采用结构应力法的主应力-寿命曲线和结构应变数值计算方法的主应变-寿命曲线对试验获得的疲劳数据进行分析,并对比2种方法计算的等效结构应变范围.结果表明,各焊接接头的试验数据均分布在主应变-寿命曲线的线性窄带内,验证了结构应变数值计算法的可行性;与结构应力法相比,结构应变数值计算方法能更好地反映低周疲劳过程中材料的应变硬化现象,更适用于焊接结构的低周疲劳评估.该方法对轨道车辆焊接板结构的低周疲劳评估具有研究价值.与传统的通过提取节点力的方式计算结构应力和结构应变参数的方法相比,利用MATLAB编写结构应变数值计算程序极大地提高了结构应变参数计算的效率.
Abstract：Low-cyclefatigueanalysisofweldedstructuresisparticularlyimportantforrailvehicles.Toeffectivelyevaluatethelow-cyclefatigueofweldedstructures,anumericalcalculationmethodforstructuralstrainbasedonalinearhardeningconstitutivemodelwasproposed.Thismethodisbasedonclassicalplate-shelltheoryandelastoplasticmechanics.Byconsideringthestrainhardeningbehaviorofmaterials,thetruestress-strainrelationshipofmaterialswassimplifiedintoalinearhardeningconstitutivemodel.ThestructuralstressattheweldingtoepositionoftheweldedstructurewascalculatedusingfiniteelementanalysissoftwareABAQUSandFe-safe.Thelinearhardeningconstitutivemodelwithplasticitycorrectionwaspresentedbasedontheradialmappingalgorithm.ThestructuralstresswasplasticallycorrectedusingastructuralstrainnumericalcalculationprogramwritteninMATLAB,andthestructuralstrainwascalculated.Basedonthisstructuralstrain,thecalculationformulaoftheequivalentstructuralstrainrangeconsideringtheplatethicknesseffectsandloadmodewasprovided,andlow-cyclefatiguedatawereanalyzedusingthemainstrain-lifecurve.ThefiniteelementmodelsofthreeweldedjointsmadeofQ450high-strengthweather-resistantsteelmaterialwidelyusedinrailvehicleswereestablished.Thefatiguedataobtainedfromtestswereanalyzedusingboththemainstress-lifecurveofthestructuralstressmethodandthemainstrain-lifecurveofthenumericalcalculationmethodforstructuralstrain.Theequivalentstructuralstrainrangescalculatedbythetwomethodswerecompared.Theresultsshowthatthetestdataforeachweldedjointaredistributedwithinalinearnarrowbandofthemainstrain-lifecurve,whichverifiesthefeasibilityofthenumericalcalculationmethodforstructuralstrain.Comparedtothestructuralstressmethod,thenumericalcalculationmethodforstructuralstraincanbetterreflectthestrainhardeningphenomenonduringlow-cyclefatigueandbemoresuitableforevaluatingthelow-cyclefatigueofweldedstructures.Thismethodhasresearchvalueforthelow-cyclefatigueevaluationofweldedplatestructuresinrailvehicles.Comparedtothetraditionalmethodofcalculatingstructuralstressandstructuralstrainparametersbyextractingnodeforces,thenumericalcalculationprogramforstructuralstrainwrittenbyMATLABgreatlyimprovestheefficiencyofcalculatingstructuralstrainparameters.
作者：邱广宇 史少聪 梁广源 李向伟 裴宪军[5]Author：QIUGuangyu SHIShaocong LIANGGuangyuan LIXiangwei PEIXianjun[5]
作者单位：大连交通大学机车车辆工程学院,辽宁大连116028;中国中车齐齐哈尔车辆有限公司,黑龙江齐齐哈尔161002大连交通大学机车车辆工程学院,辽宁大连116028中车广东轨道交通车辆有限公司,广东江门529100中国中车齐齐哈尔车辆有限公司,黑龙江齐齐哈尔161002东南大学机械工程学院,江苏南京211189
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(2)
分类号：TG405
关键词：焊接接头 低周疲劳 结构应变 线性强化本构 主应变-寿命曲线
Keywords：weldedjoint lowcyclefatigue structuralstrain linearstrain-hardeningconstitutive mainstrain-lifecurve
机标分类号：V215.6TP212.11G482
在线出版日期：2024年3月19日
基金项目：国家自然科学基金，国家自然科学基金，中国中车股份有限公司科技研发计划项目基于线性强化结构应变法的低周疲劳分析[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(2)邱广宇 史少聪 梁广源 李向伟 裴宪军焊接结构的低周疲劳分析对于轨道车辆尤为重要.为了有效评估焊接结构的低周疲劳,提出一种基于线性强化本构的结构应变数值计算方法.该方法基于经典板壳理论和弹塑性力学.通过考虑材料的应变硬化行为,将材料的真实应力应...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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