疲勞分析流程 fatigue

摘要：疲勞破壞是結(jié)構(gòu)的主要失效形式，疲勞失效研究在結(jié)構(gòu)安全分析中扮演著舉足輕重的角色。因此結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命是其強(qiáng)度和可靠性研究的主要內(nèi)容之一。機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)必須服從一定的疲勞機(jī)理，并在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性安全設(shè)計(jì)中考慮復(fù)合的疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用。國內(nèi)的機(jī)車車輛主要結(jié)構(gòu)部件的疲勞壽命評(píng)估和分析采用復(fù)合的疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)，國外從疲勞壽命的理論計(jì)算和疲勞試驗(yàn)兩個(gè)方面在疲勞研究和應(yīng)用領(lǐng)域有很多新發(fā)展的理論方法和技術(shù)手段。不論國內(nèi)國外，一批人幾十年如一日致力于疲勞的研究，對(duì)疲勞問題研究貢獻(xiàn)頗多。關(guān)鍵詞：疲勞UIC標(biāo)準(zhǔn)疲勞載荷IIW標(biāo)準(zhǔn)S-N曲線機(jī)車車輛一、國內(nèi)外軌道車輛的疲勞研究現(xiàn)狀6月30日15時(shí)，備受關(guān)注的京滬高鐵正式開通運(yùn)營。作為新中國成立以來一次建設(shè)里程最長、投資最大、標(biāo)準(zhǔn)最高的高速鐵路，京滬高鐵貫通“三市四省”，串起京滬“經(jīng)濟(jì)走廊”。京滬高鐵的開通，不僅乘客可以享受到便捷與實(shí)惠，沿線城市也需面對(duì)高鐵帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在享受這些待遇的同時(shí)，專家指出，各省市要想從中分得一杯羹，配套設(shè)施建設(shè)以及機(jī)車車輛的安全性絕對(duì)不容忽略。根據(jù)機(jī)車車輛的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，對(duì)結(jié)構(gòu)在要求做到盡可能輕量化的同時(shí)，也要求具備高度可靠性和足夠的安全性。這兩者之間常常出現(xiàn)矛盾，因此，如何準(zhǔn)確研究其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件在運(yùn)行中的使用壽命以及如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域研究中的前沿課題。在隨機(jī)動(dòng)載作用下的結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)更是成為當(dāng)前機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)，而如何預(yù)測(cè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和部件的疲勞壽命又是未來機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向之一。機(jī)車車輛承受的外部載荷大部分是隨時(shí)間而變化的循環(huán)隨機(jī)載荷。在這種隨機(jī)動(dòng)載荷的作用下，機(jī)車車輛的許多構(gòu)件都產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力，引起疲勞損傷，而損傷累積后的結(jié)構(gòu)破壞的形式經(jīng)常是疲勞裂紋的萌生和最終結(jié)構(gòu)的斷裂破壞。隨著國內(nèi)鐵路運(yùn)行速度的不斷提高，一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件，如轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架、牽引拉桿等都出現(xiàn)了一些斷裂事故。因此，機(jī)車車輛的結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為機(jī)車車輛新產(chǎn)品開發(fā)前期的必要過程之一，而通過有效的計(jì)算方法預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)。1.1國外早在十九世紀(jì)后期德國工程師Wohler系統(tǒng)論述了疲勞壽命和循環(huán)應(yīng)力的關(guān)系并提出了S-N曲線和疲勞極限的概念以來，國內(nèi)外疲勞領(lǐng)域的研究已經(jīng)產(chǎn)生了大量新的研究方法和研究成果。結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)中主要有兩方面的問題：一是用一定材料制成的構(gòu)件的疲勞壽命曲線；二是結(jié)構(gòu)件的工作應(yīng)力譜，也就是載荷譜。載荷譜包括外部的載荷及動(dòng)態(tài)特性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)疲勞壽命曲線和工作應(yīng)力譜的關(guān)系，有3種設(shè)計(jì)概念：靜態(tài)設(shè)計(jì)（僅考慮靜強(qiáng)度）；工作應(yīng)力須低于疲勞壽命曲線的疲勞耐久限設(shè)計(jì)；根據(jù)工作強(qiáng)度設(shè)計(jì)，即運(yùn)用實(shí)際使用條件下的載荷譜。實(shí)際載荷因?yàn)槭艿杰囕v等諸多因素的影響而有相當(dāng)大的離散性，它嚴(yán)重地影響了載荷譜的最大應(yīng)力幅值、分布函數(shù)及全部循環(huán)數(shù)。為了對(duì)疲勞壽命進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，必須知道設(shè)計(jì)譜的存在概率，并且考慮實(shí)際載荷離散性，才可以確定結(jié)構(gòu)可靠的疲勞壽命。20世紀(jì)60年代，世界上第一條高速鐵路建成，自那時(shí)起，一些國外高速鐵路發(fā)達(dá)國家已經(jīng)深入研究機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)輕量化帶來的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命預(yù)測(cè)問題。其中，包括日本對(duì)車軸和焊接構(gòu)架疲勞問題的研究；法國和德國采用試驗(yàn)臺(tái)仿真和實(shí)際線路相結(jié)合的技術(shù)開發(fā)出試驗(yàn)用的機(jī)車車輛疲勞分析方法;英國和美國對(duì)轉(zhuǎn)向架累計(jì)損傷疲勞方面的研究等等。在這些研究中提出了大量有效的疲勞壽命的預(yù)測(cè)研究方法。1.2、國內(nèi)1.2.1國內(nèi)疲勞研究現(xiàn)狀與方法國內(nèi)鐵路相關(guān)的科研院所對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命也展開了大量的研究和分析，并且得到了很多研究壽命預(yù)測(cè)方法的有效成果。疲勞壽命的估算主要分為裂紋形成階段壽命估算和裂紋擴(kuò)展階段壽命估算兩部分。常用的疲勞壽命計(jì)算方法包括名義應(yīng)力壽命法、局部應(yīng)變壽命法和裂紋擴(kuò)展計(jì)算法。I.S-N方法名義應(yīng)力法，又稱S-N方法，強(qiáng)調(diào)了長疲勞壽命和耐久性的限制，或者是假定疲勞失效不會(huì)發(fā)生時(shí)的安全應(yīng)力。它以材料或零部件的疲勞壽命曲線為基礎(chǔ)，利用名義應(yīng)力或局部應(yīng)力和壽命之間的關(guān)系，主要應(yīng)用在線性彈性應(yīng)力的分析中。S-N曲線也稱作應(yīng)力循環(huán)曲線，是說明結(jié)構(gòu)疲勞過程的重要方法。這個(gè)方法經(jīng)常被用在變化的環(huán)境里，包括那些幾乎沒有塑性的長壽命疲勞問題以及部件裂紋的萌生或裂紋的生長等問題。同時(shí)，該法主要應(yīng)用在循環(huán)載荷是彈性的環(huán)境里也就是意味著結(jié)構(gòu)限制在壽命軸的疲勞循環(huán)數(shù)量必須大于10000次，這也是為了確保結(jié)構(gòu)沒有大的塑性發(fā)生。實(shí)際上在小于10000次循環(huán)的環(huán)境，要使用S-N方程必須更加小心。通常要使用最終的強(qiáng)度或者是真實(shí)的斷裂應(yīng)力進(jìn)行分析。應(yīng)力法以循環(huán)應(yīng)力作為造成疲勞的原因，壽命的預(yù)測(cè)主要是應(yīng)力一循環(huán)曲線（S-N曲線）。它是由常幅加載試驗(yàn)獲得的，盡管大部分情況中實(shí)際工程結(jié)構(gòu)承受的多是變幅載荷,但在疲勞壽命的估算，依然有一定的應(yīng)用價(jià)值。如果是變幅載荷需要做出S-N曲線進(jìn)行修正。變化的應(yīng)力時(shí)間歷程一般要進(jìn)行計(jì)數(shù)，用累積頻次分布的形式進(jìn)行壽命的預(yù)測(cè)計(jì)算。經(jīng)常使用如下的公式表示整條S-N曲線：（O-A）mN=D或0=A（1+C/Na）式中:1/m為S-N曲線的負(fù)斜率;A為材料的疲勞極限;D為材料常數(shù);a為S-N曲線的負(fù)斜率;C為材料常數(shù)。II.E-N方法局部應(yīng)變法（也稱E-N法）以局部應(yīng)變?yōu)榛鶞?zhǔn)，局部應(yīng)變或應(yīng)變壽命法，通常參考裂紋萌生方法，其關(guān)注的僅僅是裂紋的萌生;結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，通常是所有的壽命（S-N或者名義應(yīng)變），以及裂紋的產(chǎn)生或損傷誤差分析之和，關(guān)注的是直到結(jié)構(gòu)斷裂產(chǎn)生的循環(huán)數(shù)。E-N分析法使用循環(huán)應(yīng)力一應(yīng)變建模和Neuber彈塑性修正?？梢赃x擇分析參數(shù)的范圍,包括平均應(yīng)力修正模型、置信度參數(shù)、制造的細(xì)節(jié)（表面的粗糙度）以及材料的熱處理。m.裂紋擴(kuò)展方法Paris最早提出的裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍AK和裂紋擴(kuò)展速率da/dN之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系是計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的基礎(chǔ)⑻?；跀嗔蚜W(xué)的裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)法主要用于較長裂紋的損傷容限設(shè)計(jì),最近這種方法有被拓展到結(jié)構(gòu)耐久性分析領(lǐng)域的趨勢(shì)。利用不同技術(shù)的這幾種方法有不同的精度。實(shí)際上預(yù)測(cè)總的壽命、裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展3種方法很少在相同的問題上同時(shí)使用。這是因?yàn)椴煌脑O(shè)計(jì)理念決定了不同的分析方法。利用這3種基本方法可以分析結(jié)構(gòu)的點(diǎn)焊、縫焊等多種焊接方式以及旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、振動(dòng)疲勞、復(fù)合多軸等疲勞壽命的預(yù)測(cè)問題。1.2.2國內(nèi)近期疲勞研究領(lǐng)域的發(fā)展與突破近年來，隨著疲勞理論研究的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，在發(fā)達(dá)國家的鐵路行業(yè)，產(chǎn)品的強(qiáng)度設(shè)計(jì)由原來的主要依據(jù)靜強(qiáng)度指標(biāo)和無限壽命設(shè)計(jì)發(fā)展到定量壽命設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品的使用可靠性，并且降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本?，F(xiàn)代的抗疲勞設(shè)計(jì)中使用了“一體化耐久管理—IDMIntegratedDurablityManagement）的方法，該方法包括虛擬分析和疲勞試驗(yàn)兩個(gè)方面，下面將從這兩個(gè)方面分別敘述疲勞研究和應(yīng)用的新發(fā)展。1、理論分析方法的發(fā)展一一虛擬計(jì)算所謂的“虛擬”計(jì)算就是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，使用軟件建立產(chǎn)品有關(guān)承載構(gòu)件的有限元模型，使用軟件在虛擬的“新產(chǎn)品構(gòu)件”上施加載荷進(jìn)行壽命的計(jì)算并可反復(fù)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，這種計(jì)算所需時(shí)間短，費(fèi)用低，降低了產(chǎn)品開發(fā)周期和成本。由于疲勞理論的發(fā)展結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步.虛擬計(jì)算作為一種分析手段，也有很多新而且方便實(shí)用的方法。主要包括3個(gè)方面，它們分別是用S-N方法估算全壽命、用局部應(yīng)力一應(yīng)變估算裂紋起始?jí)勖?、用Paris公式估算裂紋擴(kuò)展壽命。使用PSD功率譜密度信號(hào)計(jì)算構(gòu)件的全壽命傳統(tǒng)上人們都是使用時(shí)域信號(hào)進(jìn)行壽命或損傷的計(jì)算，時(shí)域信號(hào)一般是應(yīng)力、應(yīng)變或載荷。在時(shí)域中可以很方便地表示周期性的信號(hào)，若用來完全地描述一個(gè)隨機(jī)過程，需要非常長的信號(hào)記錄，特別是對(duì)于有上個(gè)節(jié)點(diǎn)的有限元模型施加幾十個(gè)通道的載荷的情況下，使用時(shí)域信號(hào)計(jì)算模型的壽命將非常困難，在這種情況下，疲勞壽命的計(jì)算可以在頻域里完成。其主要過程是：首先對(duì)有限元模型進(jìn)行頻響分析，求得載荷與結(jié)構(gòu)上應(yīng)力的傳遞函數(shù)；然后，將傳遞函數(shù)乘以載荷的功率譜密度函數(shù)得到應(yīng)力功率譜密度函數(shù)｝最后使用有關(guān)的方法由應(yīng)力功率譜推算結(jié)構(gòu)的壽命。[9]用應(yīng)力PSD信號(hào)計(jì)算構(gòu)件的壽命的方法有2種：其一是直接使用PSD信號(hào)；其二是先根據(jù)PSD信號(hào)計(jì)算出應(yīng)力范圍的循環(huán)數(shù)，再用它估算壽命。目前，第2種做法使用較為流行。預(yù)測(cè)多軸應(yīng)力狀態(tài)下構(gòu)件的起始?jí)勖鄶?shù)情況下，工程構(gòu)件所受的載荷是多載荷的復(fù)雜組合。這就使得構(gòu)件上的某些點(diǎn)所受的3個(gè)主應(yīng)力處于非比例狀態(tài).主應(yīng)力的方向往往也隨時(shí)變化，在這種應(yīng)力條件下的疲勞就稱為多軸疲勞。多軸疲勞的研究最近也有了新的進(jìn)展，發(fā)展了一種新方法。該方法不僅能夠估算多軸應(yīng)力情況下的壽命，還能夠以損傷極坐標(biāo)圖的形式給出各個(gè)臨界面上的損傷量。用這一方法來估算始裂壽命分以下幾步：第一步，在承載構(gòu)件上的關(guān)鍵點(diǎn)貼上應(yīng)變花測(cè)得3個(gè)應(yīng)變輸出，或者在有限元模型上貼虛擬應(yīng)變花，求得3個(gè)虛擬的應(yīng)變輸出；第二步，根據(jù)3個(gè)應(yīng)變輸出用Mroz-Garud循環(huán)塑性模型計(jì)算該關(guān)鍵點(diǎn)的其余的應(yīng)力應(yīng)變分量；第三步，根據(jù)材料的疲勞壽命曲線，用有關(guān)的多軸疲勞損傷壽命模型計(jì)算壽命。[10]預(yù)測(cè)形狀不規(guī)則裂紋的擴(kuò)展壽命最近，有一種計(jì)算形狀不規(guī)則裂紋的擴(kuò)展壽命的新方法得到了發(fā)展，該方法是線彈性斷裂力學(xué)理論與有限元方法的結(jié)合。其主要內(nèi)容是首先對(duì)含裂紋的構(gòu)件進(jìn)行三維有限元網(wǎng)格的劃分，網(wǎng)格包括裂紋塊和非裂紋塊，裂紋塊由于包含裂紋需要較細(xì)致的劃分，而非裂紋塊可以劃分得較粗一些。裂紋塊和非裂紋塊的組合可以使用多點(diǎn)位移約束法，使得二者的位移在其接觸面上保持一致，從而使組合后的網(wǎng)格保持變形協(xié)調(diào)。疲勞裂紋擴(kuò)展后新網(wǎng)格的生成可以只對(duì)裂紋塊進(jìn)行，非裂紋塊阿格保持不變。網(wǎng)格劃分完畢后，應(yīng)用四分之一點(diǎn)位移法或者三維J積分法計(jì)算裂紋擴(kuò)展前沿上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，J積分的計(jì)算方法有回路法和虛擬節(jié)點(diǎn)位移法。裂紋前沿的曲線形狀可以由一些離散點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）來定義，那么，就可以應(yīng)用Paris公式分別求這些節(jié)點(diǎn)上的裂紋擴(kuò)展量（也就是這些節(jié)點(diǎn)的位移量）△，，據(jù)此可以確定新的裂紋前沿。該方法能夠模擬裂紋擴(kuò)展過程，跟蹤裂紋形狀的發(fā)展變化，大大提高了裂紋擴(kuò)展壽命的預(yù)測(cè)精度。2、疲勞試驗(yàn)使用軟件來仿真計(jì)算虛擬“新產(chǎn)品”作為抗疲勞設(shè)計(jì)的一個(gè)手段，并不能代替疲勞試驗(yàn)，虛擬計(jì)算的目的是為了盡可能地減少疲勞試驗(yàn)的次數(shù)。新產(chǎn)品的疲勞可靠性最終要通過疲勞試驗(yàn)來檢驗(yàn)，目前國內(nèi)對(duì)鐵道車輛零部件的疲勞試驗(yàn)，只能夠做程序加載的疲勞試驗(yàn)。如TB1959和TB1960所規(guī)定的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，用程序載荷譜加載的疲勞試驗(yàn)一般只能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行合格檢驗(yàn)或產(chǎn)品的性能對(duì)比，不能夠真正用于研究產(chǎn)品的壽命。在國外，主要采用隨機(jī)載荷譜加載進(jìn)行疲勞試驗(yàn)來研究產(chǎn)品的壽命這樣就徹底消除了程序載荷譜時(shí)高低載荷的加載次序和各加載位置載荷相位差對(duì)構(gòu)件壽命的影響。這種加載方法能夠較為真實(shí)地模擬構(gòu)件所承受的載荷，使所得的試驗(yàn)壽命能夠真實(shí)地反映運(yùn)用壽命在各個(gè)構(gòu)件之間布置載荷傳感器十分困難，而在構(gòu)件上貼上應(yīng)變片則很方便，所以一般不能直接采集到構(gòu)件的隨機(jī)載荷譜，只能夠采集到構(gòu)件上某些點(diǎn)的應(yīng)變譜。從運(yùn)用當(dāng)中的構(gòu)件上采集的應(yīng)變譜若直接用于疲勞試驗(yàn)，雖然試驗(yàn)壽命最為接近實(shí)際的運(yùn)用壽命，但試驗(yàn)的時(shí)間將與構(gòu)件的實(shí)際運(yùn)用時(shí)間相當(dāng)，疲勞試驗(yàn)就失去了其意義。所以，要對(duì)采集的應(yīng)變譜進(jìn)行一些編輯處理。合理的疲勞編輯應(yīng)該滿足2個(gè)方面，其一是經(jīng)過編輯后的信號(hào)與原始信號(hào)對(duì)構(gòu)件的總損傷基本一致；其二是編輯前后的信號(hào)所產(chǎn)主的損傷分布基本一致。過去，用線性放大載荷信號(hào)或者用“等效”的常幅載荷信號(hào)來加速疲勞試驗(yàn)的做法，不符合上面所提的第2個(gè)方面疲勞試驗(yàn)有單通道和多通道之分，疲勞編輯也有所區(qū)別.單通道編輯只編輯響應(yīng)信號(hào)（應(yīng)變譜），多通道編輯需要同步編輯響應(yīng)信號(hào)（應(yīng)變譜）和驅(qū)動(dòng)信號(hào)（隨機(jī)載荷譜）。二、CW200轉(zhuǎn)向架疲勞壽命預(yù)測(cè)實(shí)例圖1是轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架待評(píng)估位置：圖1CW-200轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架待評(píng)估位置2.1有限元模型圖2是CW-200轉(zhuǎn)向架有限元模型圖2CW-200轉(zhuǎn)向架有限元模型有限元模型采用平面四節(jié)點(diǎn)單元，單元大小20mm。疲勞試驗(yàn)載荷包括垂向載荷與橫向載荷，垂向載荷作用在空氣彈簧座上，橫向載荷作用在橫向減振器座上。2.2疲勞試驗(yàn)載荷根據(jù)UIC標(biāo)準(zhǔn)：——垂直力（每個(gè)側(cè)架）（取a=0.2，6=0.1）靜態(tài)部分：FZS1=FZS2=FZ準(zhǔn)靜態(tài)部分（模擬曲線中的滾動(dòng)）：FZQ1=FZQ2=+-aFZ動(dòng)態(tài)部分（跳動(dòng)模擬）：FZD1=FZD2=+-6FZ——橫向力（每個(gè)轉(zhuǎn)向架）準(zhǔn)靜態(tài)部分：FYQ=+-0.25*(FZ+0.5*m+*g)動(dòng)態(tài)部分：FYD=+-0.25*(FZ+0.5*m+*g)其中，F(xiàn)Z=135KNm+*g=60KN圖13-UIC標(biāo)準(zhǔn)中垂向動(dòng)載荷模式圖14-UIC標(biāo)準(zhǔn)中橫向動(dòng)載荷模式由于產(chǎn)生疲勞破壞的主要為動(dòng)態(tài)部分力，所以在疲勞評(píng)估時(shí)忽略靜態(tài)部分和準(zhǔn)靜態(tài)部分對(duì)疲勞壽命的影響，所以需加的疲勞載荷為：垂直力(每個(gè)側(cè)架):AFZ=2*(0.2*135)=54KN橫向力(每轉(zhuǎn)向架)：胡丫=2*[0.25*(135+0.5*60)]=82.5或在UIC標(biāo)準(zhǔn)中，加載分三個(gè)階段，分別以1倍、1.2倍和1.4倍的比例關(guān)系逐段強(qiáng)化，每個(gè)階段加載的循環(huán)次數(shù)分別為6e106、2e106和e106次。圖15-UIC標(biāo)準(zhǔn)中三段加載模式垂向力動(dòng)態(tài)部分與橫向力動(dòng)態(tài)部分作用頻率與相位均相同，因而視其為一個(gè)載荷事件。2.3有限元計(jì)算按照《UIC515-4》的實(shí)驗(yàn)室疲勞實(shí)驗(yàn)加載要求，首先將其靜載到要有限元模中然后基于動(dòng)載與靜載的比例關(guān)系進(jìn)行應(yīng)力換算，即得動(dòng)載應(yīng)力^。(任一點(diǎn)的△。值都可由下圖讀出)。圖3是部分有限元計(jì)算結(jié)果：圖3—疲勞載荷作用下應(yīng)力云圖2.4S-N曲線選取將待評(píng)估點(diǎn)所處的結(jié)構(gòu)細(xì)部與IIW標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部疲勞強(qiáng)度值表中提供的結(jié)構(gòu)細(xì)部對(duì)比，選擇合適的類型FAT級(jí)別。CW-200轉(zhuǎn)向架構(gòu)架各點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度級(jí)別FAT值列入下表：表1待評(píng)估位置FAT等級(jí)列表

號(hào)012345接頭類型接頭r1接頭T型接頭接頭T立r型接部接頭頭接頭端X部接接接頭頭寸對(duì)接接頭寸T型接頭非T承載T型接接頭頭接頭管T型接頭FAT50508050845047718000108058根據(jù)各點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度級(jí)別FAT值，即可在IIW標(biāo)準(zhǔn)中（表2）查找相應(yīng)的S-N曲線參數(shù),即m、C值。表2IIW標(biāo)準(zhǔn)中各級(jí)別S-N曲線參數(shù)（MPa）Palmgren-Miner累積特征抗疲勞-S-N曲線的修正值最初斜率m1=3.0，循環(huán)數(shù)5e6時(shí)的常幅疲勞極限△ol,x二次斜率m2=5.0,在106循環(huán)時(shí)截止級(jí)別循環(huán)數(shù)N<5e6，m1=3時(shí)S-N曲線的常數(shù)C限常幅疲勞極循環(huán)數(shù)N>5E6,m2=5時(shí)S-N曲線的常數(shù)C截止極限2552.27e131666.261e1791.12001.600e131473.474e1780.91801.166e131332.052e1772.81608.192e121181.139e1764.81405.488e121035.840e1656.71253.906e1292.13.313e1650.61122.810e1282.51.913e1645.31002.000e1273.71.086e1640.5901.458e1266.36.411e1536.4801.012e1258.93.558e1532.4717.158e1152.31.959e1528.7

635.001e1146.41.078e1525.5563.512e1141.35.980e1422.7502.500e1136.83.393e1420.2451.823e1133.22.004e1418.2401.280e1129.51.112e1416.2369.331e1026.56.565e1314.6326.554e1023.63.643e1313.0284.390e1020.61.869e1311.3253.125e1018.41.060e1310.1222.130e1016.25.596e128.9201.600e1014.73.474e128.1181.166e1013.32.052e127.3168.192e911.81.139e126.5145.488e910.35.840e115.7然后就可以根據(jù)邁納爾損傷累積理論計(jì)算疲勞壽命，這里為疲勞損傷比之和。疲勞壽命極限；（對(duì)應(yīng)i）累計(jì)損傷率D=計(jì)算結(jié)果列表如下：表3CW-200焊接構(gòu)架待評(píng)估點(diǎn)疲勞損傷比之和

疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比20應(yīng)力范11.2圍13.4415.68mS-N曲線C無無m無C無m=無C無5疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損傷比30應(yīng)力范9.9圍11.8813.86mS-N曲線C無無m無C無m無C無8疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比45應(yīng)力范16.10圍19.3222.54

mS-N曲線無C無m無C無m無C無疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比50應(yīng)力范41.6圍49.9258.24m=S-N曲線C=3?558e15mC=3.558e15m=5C=3.558e158疲勞壽2.86e7命1.15e75.31e6損傷比0.210.1740.377累積損0.761傷比645應(yīng)力范18.8圍22.5626.32m=S-N曲線5C=2.004e14mC=2.004e14=5m=5C=2.004e14疲勞壽8.53e7命3.43e71.59e7損傷比0.070.0580.126累積損0.254傷比

750應(yīng)力范3.1圍3.724.34mS-N曲線無C無m無C無m無C無疲勞壽1.58e3命無限無限損傷比000累積損0傷比85應(yīng)力范6.6圍7.929.24mS-N曲線C無無m無C無m無C無疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比971應(yīng)力范7.3圍8.7610.22mS-N曲線無C無m無C無m無C無疲勞壽無限命無限無限損傷比000

累積損0傷比11應(yīng)力范11.0圍13.215.4mS-N曲線C無無m無C無m無C無7疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比10應(yīng)力范26.5圍31.837.1mS-N曲線C無無m無C無m=5C=3.558e15疲勞壽無限命無限5.06e7損傷比000.04累積損0.04傷比1100應(yīng)力范37.2圍44.6452.08mS-N曲線無C無mC=1.086e16=5m=5C=1.086e16疲勞壽無限6.13e72.83e7

命損傷比00.0330.071累積損0.104傷比18應(yīng)力范7.27圍8.72410.178mS-N曲線無C無m無C無m無C無疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損傷比10應(yīng)力范8.27圍9.92411.578mS-N曲線C無無m無C無m無C無5疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比180應(yīng)力范4.20圍5.045.88S-N曲線mC無mC無mC無

無無無疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比二、根據(jù)這一點(diǎn)的接頭形式，查出對(duì)應(yīng)的S-N曲線，方法：UIC標(biāo)準(zhǔn)-------FAT值-----（判斷△。和常幅疲勞極限、截止極限的大小關(guān)系）-----m、c值----（由公式）疲勞壽命極限值N;同時(shí)^。（疲勞載荷引起的應(yīng)力范圍）對(duì)應(yīng)一個(gè)循環(huán)次數(shù)n；最后求得損傷比將疲勞載荷逐步加強(qiáng)到1.2倍和1.4倍，重復(fù)以上過程，又會(huì)得到兩個(gè)損傷比；將三個(gè)損傷比相加，得到累計(jì)損傷比，并判斷是否小于1（合格）一、對(duì)于其它每一點(diǎn)重復(fù)以上過程，完成對(duì)每一評(píng)估點(diǎn)的合格與否檢驗(yàn)編號(hào)12345678910111213145接頭類型接頭Tr管型接接頭頭接頭Tr型接頭端部接接頭頭立部接頭苻＞接接頭寸對(duì)接接頭寸T型接頭非承載T接頭T型接頭管型接接頭頭1

F55858454778185AT0000050511000000Palmgren-Miner累積特征抗疲勞-S-N曲線的修正值最初斜率m1=3.0,循環(huán)數(shù)5e6時(shí)的常幅疲勞極限△ol,x二次斜率m2=5.0,在106循環(huán)時(shí)截止級(jí)別循環(huán)數(shù)N<5e6，m1=3時(shí)S-N曲線的常數(shù)C限常幅疲勞極循環(huán)數(shù)N>5E6,m2=5時(shí)S-N曲線的常數(shù)C截止極限2552.27e131666.261e1791.12001.600e131473.474e1780.91801.166e131332.052e1772.81608.192e121181.139e1764.81405.488e121035.840e1656.71253.906e1292.13.313e1650.61122.810e1282.51.913e1645.31002.000e1273.71.086e1640.5901.458e1266.36.411e1536.4801.012e1258.93.558e1532.4717.158e1152.31.959e1528.7635.001e1146.41.078e1525.5563.512e1141.35.980e1422.7502.500e1136.83.393e1420.2451.823e1133.22.004e1418.2401.280e1129.51.112e1416.2369.331e1026.56.565e1314.6326.554e1023.63.643e1313.0

284.390e1020.61.869e1311.3253.125e1018.41.060e1310.1222.130e1016.25.596e128.9201.600e1014.73.474e128.1181.166e1013.32.052e127.3168.192e911.81.139e126.5145.488e910.35.840e115.7

損傷比累積損傷比3應(yīng)力范9.9圍11.8813.86mS-N曲線無C無m無C無m無C無8疲勞壽0無限命無限無限損傷比000累積損0傷比4應(yīng)力范16.1圍19.3222.54mS-N曲線無C無m無C無m無C無5疲勞壽0無限命無限無限損傷比000累積損0傷比5應(yīng)力范41.68圍49.9258.240S-N曲線m"5C=3.558e15mC=3.558e15=5m=5C=3.558e15

疲勞壽2.86e7命1.15e75.31e6損傷比0.210.1740.377累積損0.761傷比65應(yīng)力范18.8圍22.5626.32m=S-N曲線C=2.004e145mC=2.004e14=5m=5C=2.004e144疲勞壽8.53e7命3.43e71.59e7損傷比0.070.0580.126累積損0.254傷比70應(yīng)力范3.1圍3.724.34mS-N曲線C無無m無C無m無C無5疲勞壽1.58e3命無限無限損傷比000累積損0傷比84應(yīng)力范6.65圍7.929.24

mS-N曲線無C無m無C無m無C無疲勞壽無限命無限無限損傷比000累積損0傷比9應(yīng)力范7.3圍8.7610.22mS-N曲線無C無m無C無m無C無疲勞壽1無限命無限無限損傷比000累積損0傷比1應(yīng)力范11.0圍13.215.4mS-N曲線無C無m無C無m無C無/疲勞壽1無限命無限無限損傷比000累積損0傷比

應(yīng)力范26.5圍31.837.11mS-N曲線無C無m無C無m=5C=3.558e158疲勞壽0無限命無限5.06e7損傷比000.04累積損0.04傷比應(yīng)力范37.2圍44.6452.081mS-N曲線無C無mC=1.086e16mC=1.086e161疲勞壽00無限命6.13e72.83e7損傷比00.0330.071累積損0.104傷比應(yīng)力范7.27圍8.72410.1781m8S-N曲線無C無m無C無m無C無0疲勞壽無限命無限無限損傷比000

當(dāng)前，提速/重載在迎合社會(huì)需求的同時(shí)，隨之也出現(xiàn)了一些值得關(guān)注的問題，其中，機(jī)車車輛許多構(gòu)件，尤其是焊接轉(zhuǎn)向架，服役不久頻繁發(fā)生疲勞斷裂，并導(dǎo)致了重大經(jīng)濟(jì)損失?？陀^上，由于提速/重載，機(jī)車車輛動(dòng)負(fù)荷加劇，然而，這不過是問題的外因，而內(nèi)因則是我們對(duì)這些機(jī)車車輛裝備沒有注入與提速/重載相匹配的且有相當(dāng)儲(chǔ)備的抗疲勞能力。許多疲勞斷裂案例分析表明：在設(shè)計(jì)階段，我們?nèi)酝Ａ粼趥鹘y(tǒng)的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)層次上，對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架尤其缺少抗疲勞設(shè)計(jì)的理念，缺少相應(yīng)的技術(shù)，缺少必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，許多疲勞斷裂隱患始于設(shè)計(jì)階段。事實(shí)上，自從人們認(rèn)定'預(yù)防疲勞斷裂”是一個(gè)公認(rèn)的難題以來，一個(gè)普遍被接受的現(xiàn)實(shí)是：由于疲勞斷裂