基于三种不同疲劳评估标准的不锈钢车体的焊缝疲劳评估

王小杰 刘龙玺 赵思聪

摘要：针对某不锈钢地铁车体结构，采用BS 7608、Eurocode3和IIW标准分别对焊缝进行了疲劳寿命评估，结果表明Eurocode 3和IIW的评估结果要严于BS 7608的结果。

关键词：BS 7608;Eurocode 3;IIW;不锈钢车体;焊缝疲劳

中图分类号：U270                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）07-0190-02

0  引言

BS 7608、Eurocode 3和IIW為我国轨道交通行业钢车车体结构疲劳评估时经常采用的国际标准。BS 7608标准的全称为BS 7608： 2014+： 2015 Guide to fatigue design and assessment of steel products，该标准为英国焊接学会制定并颁布[1]。Eurocode3标准的全称为BS EN 1993-1-9： 2005 Eurocode 3： Design of steel structures-Part 1-9： Fatigue[2]。IIW标准的全称为Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components，该标准为国际焊接学会制定并颁布[3]。

本文对比分析了BS 7608、Eurocode 3和IIW三个标准的疲劳接头等级分类和许用值，并利用这三个标准对某不锈钢地铁车体结构焊缝进行了疲劳寿命评估。

1  标准对比

BS 7608标准焊接接头共有13个等级，其S-N曲线在双对数坐标下为直线，如图1所示，其方程为，即。通过表1可以查询13个等级的疲劳强度值。

Eurocode3标准焊接接头共有14个等级，其S-N曲线的数学表述形式与BS 7608标准一致，如图2所示。各个等级的疲劳强度由循环2×106次的常应力范围值确定。Eurocode 3标准规定，如果疲劳循环载荷为常应力幅值，则循环5×106次的常应力范围值可代表107的疲劳强度。但在实际项目中，业主一般仍然要求采用实际的循环107次的常应力范围值。

IIW标准焊接接头共有13个等级，其S-N曲线的数学表述形式与BS 7608标准一致，如图3所示。各个等级的疲劳强度（FAT）由循环2×106次的常应力范围值确定。

利用三个标准评估车体结构焊接接头疲劳寿命的方法基本相同。首先，根据焊接接头形式和接头外部作用载荷方向确定焊接接头等级及疲劳强度，其次根据Miner线性损伤累积计算公式计算各疲劳工况下评估点的损伤值，最后将所有疲劳工况的损伤值相加，若总损伤值小于1，则符合要求[4]。

2  车体有限元模型与计算工况

以文献[5]中的某A型不锈钢地铁中间车车体结构为研究对象，其有限元模型如图4所示。根据EN 12663-1： 2010标准，疲劳工况如表2所示。

3  计算结果

如图5和图6所示，文献[5]中有两道被评估焊缝。此两道焊缝在3个标准中所属的接头等级如表3所示。

3.1 焊缝1

焊缝1三个标准的计算结果见表4。BS 7608的损伤值是0.82，符合要求。Eurocode 3和IIW的损伤值均超过1，不符合要求。

3.2 焊缝2

焊缝2三个标准的计算结果见表5。BS 7608的损伤值是0.16，符合要求。Eurocode 3和IIW的损伤值均超过1，不符合要求。

4  结论

对某不锈钢地铁的焊缝采用BS 7608、Eurocode 3和IIW三个标准分别进行疲劳评估，结果表明BS 7608的评估结果是合格的，Eurocode 3和IIW的评估结果是不合格的。

参考文献：

[1]BS 7608： 2014 + A1： 2015 Fatigue design and assessment of steel structures [S].

[2]BS EN 1993-1-9： 2005 Eurocode3： Design of steel structures-P-art1-9： Fatigue [S].

[3]Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components-（IIW Collection） [S].

[4]谢素明，等.基于英国标准的碳钢客车车体结构疲劳寿命评估[J].大连交通大学学报，2019（2）：29-32.

[5]刘志盛，等.基于英国标准BS7608的不锈钢车体焊缝疲劳评估[J].现代商贸工业，2020，41（01）：197-198.