基于DVS1608 标准的高速动车组焊接结构疲劳强度评估

许庆霞

（青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，山东 青岛266111）

1 概述

随着轨道车辆研发水平的提高，车辆轻量化的需求，铝合“金材料以质量轻、强度高等优点，在轨道车辆得到广泛的应用。德国铁路铝合金焊接接头设计及疲劳强度评估标准DVS1608，2010 版”中疲劳强度评估方法，可以极便利的在设计中运用，使焊缝设计与生产及质检统一起来。本文使用有限元软件建立砂箱有限元模型,用DVS1608 评估方法来评估焊缝疲劳。

2 DVS1608 疲劳强度评估方法

铝合金构件对应的疲劳寿命为1×107次，存活率为97.5%。

DVS1608-2010 采用距离焊缝5mm 处应变片应力进行评估。评估应力包括平行及垂直于焊缝的正应力，及相应剪应力。定义所有疲劳工况下平行及垂直于焊缝的正应力应力幅，及相应剪应力应力幅分别为σa∥，σa⊥及τa，对应的许用值为σap∥，σap⊥及τap。定义应力幅与许用应力幅的比值为利用系数，分别为Uf⊥，Uf∥，Ufτ，并设焊缝应力由相邻单元的应力计算得到。

对于铝合金构件根椐DVS 1608，焊缝疲劳强度利用系数由下式进行评估：

垂直于焊缝强度利用系数：

平行于焊缝强度利用系数：

焊缝剪切强度利用系数：

焊缝合成疲劳强度利用系数UFe根据以下公式计算：

焊缝的最大利用系数可表示为：

根据DVS 1608，焊缝疲劳强度利用系数应该满足：UFmax燮1.0。

σa⊥zul、σa||zul和τzul由DVS 1608 获得。该值与焊缝类型、焊接等级、受力方向、应力比、屈服强度、板厚等众多因素相关。许用正应力幅和许用剪应力幅分别见公式（6）和（7）：

公式（6）和（7）中x 取值值考虑了焊缝类型，焊接等级等。Mσ为平均正应力影响系数，Mτ为平均剪应力影响系数。Mσ=0.15，Mτ=0.09。

厚度对焊缝许用疲劳强度的影响如下：

3 砂箱焊缝疲劳强度计算

图1 是某高速动车组砂箱，材料为EN-AW-5083。

图1 砂箱几何模型

3.1 砂箱有限元模型

砂箱有限元模型在Hypermesh 中建立，砂箱用壳单元模拟，梁单元用来模拟螺栓，砂子用质点来模拟。有限元模型见图2。

图2 砂箱有限元模型

3.2 疲劳工况

根据标准EN12663：2010《铁路应用- 铁路车辆结构要求》规定的P-Ⅱ类疲劳强度载荷进行计算。

3.3 砂箱焊接

因DVS1608 评估焊缝疲劳强度时，已经考虑焊缝类型，焊接等级等影响，所以不需要建焊缝有限元模型，而取焊缝位置的单元应力进行评估。砂箱的焊接信息见图3。

图3 砂箱焊接类型

根据相应焊缝类型、所评估应力方向（垂直或平行于焊缝）、焊缝安全等级等从DVS1608 表C-1.1-3.2 确定曲线，并确定x值，求得相应许用应力幅，并进行疲劳评估。

3.4计算结果及结论

图4 焊接疲劳强度利用系数

砂箱焊缝最大利用系数为0.05<1，满足DVS1608 要求。

4 结论

本文用DVS1608 标准评估了高速动车组砂箱焊缝的疲劳强度，验证了砂箱设计的合理性，为结构设计工程师提供了依据。