地鐵車輛抗側(cè)滾扭桿座及枕梁下蓋板補板裂紋金相分析、改進方案及強度分析

所屬分類：建筑論文閱讀次時間：2020-05-14 16:50

本文摘要：【摘要】為解決地鐵車輛抗側(cè)滾扭桿座及枕梁下蓋板補板裂紋對車體安全運營的影響，對產(chǎn)生裂紋區(qū)域及裂紋附近區(qū)域進行金相分析及有限元分析。通過金相組織觀察和計算數(shù)據(jù)進行對比分析裂紋產(chǎn)生的原因。枕梁下蓋板補板在板厚中部區(qū)域附近角焊縫引起有一定的殘余

　　【摘要】為解決地鐵車輛抗側(cè)滾扭桿座及枕梁下蓋板補板裂紋對車體安全運營的影響，對產(chǎn)生裂紋區(qū)域及裂紋附近區(qū)域進行金相分析及有限元分析。通過金相組織觀察和計算數(shù)據(jù)進行對比分析裂紋產(chǎn)生的原因。枕梁下蓋板補板在板厚中部區(qū)域附近角焊縫引起有一定的殘余拉伸應(yīng)力，這是引起其產(chǎn)生脆性開裂裂紋的因素。

　　【關(guān)鍵詞】裂紋;鋁合金材料;金相;靜強度

地鐵車輛

　　1引言

　　問題描述：地鐵車輛運行中發(fā)現(xiàn)枕梁下蓋板補板出現(xiàn)裂紋，對枕梁下蓋板補板、立板及扭桿座進行探傷，普查發(fā)現(xiàn)枕梁下蓋板補板出現(xiàn)裂紋，裂紋長度由10到90mm不等;立板裂紋，裂紋長度為38mm。扭桿座焊縫出現(xiàn)裂紋，裂紋長度約為10mm。

　　2原因分析

　　為了從根本解決裂紋問題，對裂紋產(chǎn)生原因進行了詳盡的分析。宏觀及裂紋檢查：著色探傷顯示有明顯的裂紋，切下裂紋的實物有殘留的焊縫痕跡,打磨后殘余的裂紋位于板厚中部區(qū)域;裂紋打開后的斷口形貌補強板裂紋打開后的斷口形貌呈現(xiàn)有一定起伏的木紋狀和魚鱗片狀復(fù)合型斷口,斷口附近無塑性變形，因此,可確定補強板上的裂紋屬于脆性裂紋,其斷口屬于脆性斷口。(2)金相檢測金相檢測補板上局部存在有呈現(xiàn)平行狀分布的多條裂紋，該多條裂紋均是沿著不連續(xù)的黑色小孔洞和金屬銜接不連續(xù)的區(qū)域進行擴展的，結(jié)合其木紋狀脆性斷口特征，可以確定補板在開裂位置處存在有焊合不良缺陷。

　　我們針對抗側(cè)滾扭桿安裝吊座補板進行裂紋理化分析，得出如下結(jié)論：該補板在板厚中部區(qū)域內(nèi)局部存在有焊合不良，在其附近角焊縫引起有一定的殘余拉伸應(yīng)力，這是引起其產(chǎn)生脆性開裂裂紋的一個因素，并且補板材料為7020-T6合金，屬于7000系合金，此系列合金特性為耐應(yīng)力腐蝕能力非常弱，難以在非常復(fù)雜的受力、腐蝕、運營環(huán)境下保持較好的抗應(yīng)力腐蝕性能，出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，是引起裂紋的主要原因。

　　3解決方案

　　由于枕梁下蓋板補板及立板材料本身存在缺陷，為了徹底解決枕梁下蓋板補板及立板裂紋問題，將所有枕梁下蓋板補板、立板、抗側(cè)滾扭桿座材質(zhì)全部由7020-T6更換為6082-T6，執(zhí)行EN573-3、EN755-2標準。針對全部更換枕梁下蓋板補板、立板、抗側(cè)滾扭桿座修復(fù)方案，對其可行性做了充分的計算論證。更換枕梁下蓋板補板、立板、抗側(cè)滾扭桿座后，對抗側(cè)滾扭桿補焊結(jié)構(gòu)強度進行分析，校核補焊后結(jié)構(gòu)強度是否滿足要求：載荷工況及邊界條件：分析扭桿座受拉與受壓兩種靜載荷工況，載荷大小為40KN，施加在扭桿座螺栓孔內(nèi)側(cè)節(jié)點上，有限元模型垂向、橫向、縱向約束施加在邊梁與枕梁處。

　　4靜強度：載荷工況及邊界條件：根據(jù)EN12663-1：2010《鐵路應(yīng)用—鐵道車輛車體的結(jié)構(gòu)要求》標準中對整車強度的規(guī)定，本次主要分析對枕梁補板影響較大的三個工況：車輛最大垂直載荷;800KN壓縮與垂直載荷AW3合成工況;640KN拉伸與垂直載荷AW3合成工況�；贓N12663-1：2010《鐵路應(yīng)用—鐵道車輛車體的結(jié)構(gòu)要求》標準的車體及補板強度應(yīng)力計算結(jié)果如表3-4所示。在三種主要工況作用下，邊梁與補強板焊縫、枕梁與補強板焊縫、立板與補強板焊縫最大應(yīng)力滿足標準要求。

　　5結(jié)論

　　裂紋理化分析結(jié)果顯示開裂位置處存在有焊合不良缺陷。該現(xiàn)象產(chǎn)生可能與下列因素有關(guān)，在擠壓過程中擠壓模具室高度、焊合角度、分流橋?qū)挾纫约肮ぷ鲙чL度等方面設(shè)計不合理，或者是擠壓、熱處理制度不當造成的，料坯在經(jīng)過焊合室后沒有足夠強度進行重新融合形成完整的型腔壁，因此會出現(xiàn)類似脆性斷裂的斷口形態(tài)。焊合不良型材在后續(xù)加工成形過程中強度較低，而且在受應(yīng)力集中作用時，此位置最先開裂,不能達到標準要求,綜上所述，確認板材本身缺陷是造成裂紋的原因。

　　參考文獻

　　鐵路應(yīng)用—鐵道機車車輛車體的結(jié)構(gòu)要求BSEN12663-1：2010;

　　鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計-第1-1部分：結(jié)構(gòu)總規(guī)則BSEN1999-1-1：2007

　　地鐵論文投稿刊物：《地下工程與隧道》(季刊)創(chuàng)刊于1991年，是上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院、上海市地鐵總公司和上海隧道工程股份有限公司合辦，上海中信隧道發(fā)展有限公司協(xié)辦的技術(shù)性科技期刊。主要欄目：設(shè)計、施工、設(shè)備、管理、計算機應(yīng)用。