【摘 要】
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随着我国轨道交通行业的飞速发展,高速、舒适、节能、环保的发展理念成为了轨道交通运输业发展的重要议题。枕梁作为地铁车体的重要承载结构,在地铁安全评估中起着十分重要的作用。由于结构在焊接过程中的不均匀受热,通常会使材料的均匀性以及材料参数发生改变,同时,伴随着焊接残余应力的产生,焊缝部位相比于其他位置更容易产生局部裂纹。本文以车体铝合金焊接结构为研究对象,对典型焊接接头的残余应力、材料参数进行了测试,
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随着我国轨道交通行业的飞速发展,高速、舒适、节能、环保的发展理念成为了轨道交通运输业发展的重要议题。枕梁作为地铁车体的重要承载结构,在地铁安全评估中起着十分重要的作用。由于结构在焊接过程中的不均匀受热,通常会使材料的均匀性以及材料参数发生改变,同时,伴随着焊接残余应力的产生,焊缝部位相比于其他位置更容易产生局部裂纹。本文以车体铝合金焊接结构为研究对象,对典型焊接接头的残余应力、材料参数进行了测试,探讨了基于概率的焊接结构损伤容限分析方法,并将该方法应用在地铁枕梁安全评估中。论文的主要研究内容包括:（1）采用X射线衍射法,对车体枕梁部位对接焊、贴板焊、角焊三种形式的焊接接头进行残余应力测试,得到典型焊接接头横向和纵向残余应力分布形态。（2）对铝合金焊接接头不同区域进行了裂纹扩展速率试验研究,获得母材、热影响区、焊缝区域的裂纹扩展速率曲线。采用Shapiro-Wilk假设检验法对裂纹扩展速率分散性进行分析,分别采用基于（ΔK,da/dN）和（a,N）两种裂纹扩展速率离散性处理方法,获得不同存活率下的热影响区和焊缝的裂纹扩展速率曲线。（3）基于不同应力比下焊缝裂纹扩展速率试验数据,研究应力比对焊缝裂纹扩展的影响,将焊接结构残余应力影响通过应力比引入速率模型,建立焊缝裂纹扩展速率归一化模型,得到焊缝区考虑残余应力的不同存活率下裂纹扩展速率公式。（4）通过6005AT6铝合金对接焊焊缝断裂韧性试验,验证铝合金焊缝断裂韧性符合正态分布规律,并基于正态分布对车体典型焊缝部位断裂韧性的小样本数据进行分析,获得了其概率密度函数。（5）以车体典型焊接结构为研究对象,研究探讨了概率损伤容限分析方法,包括枕梁焊缝截面的应力及裂纹尖端应力强度因子计算,焊接接头临界裂纹尺寸的计算、剩余强度和剩余寿命的分析。对比基于（ΔK,da/dN）和基于（a,N）的裂纹扩展速率处理方法计算的车体枕梁剩余寿命,发现两种方法计算结果误差不大。分析残余应力对剩余强度和剩余寿命的影响,在初始裂纹尺寸为30mm时,在枕梁可靠度为90%,裂纹扩展速率曲线存活率为90%情况下,考虑残余应力后剩余寿命约下降20%。
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