[发明专利]一种大型焊接结构件疲劳载荷等效转化方法

说明书

本发明涉及一种大型焊接结构件疲劳载荷等效转化方法，根据大型焊接结构件运行工况及相关标准确定需要等效的载荷信息；计算理论载荷作用下大型焊接结构件应力集中位置及其应力状态；将需要等效转化的多个载荷合成为一个载荷，初步确定等效载荷的大小和方向；确定需要转化的载荷对于结构件中心点合力矩的大小，计算确定等效载荷作用位置；计算结构件原应力集中位置应力状态；比较计算确定的相同应力集中位置在疲劳等寿命图中的疲劳寿命；若载荷等效转化前后应力集中位置疲劳寿命的误差结果满足工程要求，则确定该结构件疲劳试验的等效载荷。本发明在保证结构件疲劳寿命不变的前提下，减少载荷数目，简化试验方案，节省试验成本，缩短了试验周期。

技术领域

本发明涉及一种结构件疲劳载荷试验技术，具体为一种大型焊接结构件疲劳载荷等效转化方法。

背景技术

随着机械设备的不断发展，其尺寸越来越大，结构越来越复杂，功能越来越齐全。对于这样尺寸大(任意一个方向的尺寸大于2m)、结构复杂的设备，无法通过传统的机械加工手段制备，而焊接以其操作灵活的特点，成为这类机械结构成型的首选，因此大型复杂结构件多为焊接结构，如日常使用的汽车车架、列车车体等。又由于大型复杂结构件的功能要求较高，往往会同时承受多个不同载荷的作用，以列车车体为例，在列车运行时，车体将承受车身和乘客的重力、牵引力、制动力、横向止挡力等，其中，重力主要均布在车体地板上，牵引力和制动力主要集中在车钩座和枕梁中心销上，横向止挡力则集中在枕梁中心销上。

对于大型焊接结构件，焊接缺陷不可避免，而且焊接材料局部性能不均匀，焊接的热影响区会导致局部产生变形留下残余应力，这些都为大型焊接结构件的安全服役埋下了隐患，因此，在大型焊接结构件出厂投入使用之前，对其服役安全性进行评估很有必要，例如列车车体出厂前，需要按照欧洲或者日本标准，对其进行疲劳性能评估。

目前对于大型焊接结构件的服役安全性评估，一般采用整车进行疲劳试验，这样的试验周期长、设备复杂、费用昂贵。而对于整车而言，由于应力分布不均且不同部位材料性能不同，整车最容易失效的部位往往只集中在整车的某些部件上，例如对于列车车体而言，相对危险的部位为车体枕梁。因此对危险部件进行安全性评估不仅可以在一定程度上达到整车安全性评估的目的，而且可以大大降低试验成本、缩短试验周期。

以危险部件的安全性评估来代替整车评估结果，需要合理的将整车载荷折算到危险部件上，因此，危险部件上往往会同时承受多个载荷作用，这些载荷的作用部位有可能会集中在同一位置，例如列车枕梁根据理论力学从整车折算获得的载荷有三种：横向载荷、纵向载荷和空气弹簧载荷，而横向载荷和纵向载荷同时作用于中心销不同高度上。

在实际大型焊接结构件疲劳试验中，载荷往往通过液压作动器来施加，一个部位同时施加多个载荷时，需要多个液压作动器合理安装并协同配合，这样会造成试验复杂、试验周期大大延长，因此如果能利用一个载荷来代替多个载荷同时作用的效果，则会明显提高此类试验的效率。

目前，能够解决上述技术问题的技术方案尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中同时承受多个载荷的大型焊接结构件在进行疲劳试验时试验成本高、试验周期长等不足，本发明要解决的问题是提供一种可简化试验方案、节省试验成本、缩短试验周期的大型焊接结构件疲劳载荷等效转化方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种大型焊接结构件疲劳载荷等效转化方法，包括以下步骤：

1)根据大型焊接结构件运行工况及相关标准，确定需要等效的载荷信息；

2)利用有限元方法，计算理论载荷作用下，大型焊接结构件应力集中位置及其应力状态；

3)利用力的合成方法，将需要等效转化的多个载荷合成为一个载荷，初步确定等效载荷的大小和方向；