軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置的製作方法

2023-10-17 13:27:14 1

專利名稱：軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種疲勞強度測試裝置，特別涉及一種針對軌道車輛的車體結構大部件疲勞試驗裝置，屬於軌道車輛試驗技術領域。
背景技術：
隨著我國城市化進程的推進，城軌車輛的需求量也在不斷加大。城市軌道車輛穩定運行保證城規車輛發展的關鍵因素，而車輛疲勞可靠性是有關城市軌道車輛穩定運行的有力保證，因此車輛疲勞可靠性評估方法作為一項關鍵技術越來越受到關注。疲勞試驗是試件或模擬機件在各種環境下經受交變載荷而測定其疲勞性能的依據，是研究和驗證結構疲勞性能的主要方法。零件或者小構件疲勞試驗可以藉助通用的疲勞試驗機和裂紋檢測設備進行考察，而大尺寸部件或者全機疲勞試驗技術由於技術和設備的制約，目前較難完成。全尺寸結構疲勞試驗通常按簡化的試驗載荷譜以多點協調加載方式進行試驗加載。整個試驗過程包括耐久性試驗和損傷容限試驗。前者的目的是發現在預定使用壽命內結構可能發生疲勞破壞的部位和確定各危險部位疲勞壽命，後者的目的在於測定裂紋擴展的速率和結構殘餘強度，同時，在試驗中須對試件進行連續的檢測。在城軌車輛試驗技術領域中，針對車體及其大部件靜強度試驗技術已趨於成熟，主要方法是依據不同的強度標準，在車體靜強度試驗臺對全尺寸車體或車體大部件進行加載和評估。但是，對於車體疲勞強度試驗來說，由於受到試驗條件和試驗技術的制約而沒有開展。因此，針對於城軌車輛大部件單元的疲勞強度試驗技術就顯得尤為重要，且此類試驗對於保證車輛運行穩定性起著重要作用。

實用新型內容本實用新型主要目的在於解決上述問題，提供了一種軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，可以快速準確測試如側牆等大部件焊縫的疲勞強度，操作簡易可行，而且可以提供準確的檢測數據以供對車輛疲勞安全可靠性進行分析研究。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是:一種軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，包括包括待試驗車體結構件，用於模擬、計算、分析確定試驗加載工況的模擬裝置，用於根據試驗加載工況向待試驗車體結構件加載的加載裝置，用於檢測待試驗車體結構件的各向位移值、關鍵點的應力值及關鍵部位焊縫的探傷檢測的檢測裝置。進一步，所述加載裝置為多個作動器，多個作動器通過通道與液壓作動缸連接，所述作動器與控制電腦連接。進一步，所述作動器的加載頻率為0.0l-lOHz，最大靜載荷IOOOkN,作動器的最大動載荷±500kN。進一步，所述作動器設置有20個或以上。[0013]進一步，所述作動器的加載次數為100萬次以上。進一步，所述檢測裝置包括位移計、貼附於車體被測部位的應變片、滲透檢測設備、射線探傷檢測設備，所述位移計和應變片與控制電腦連接。進一步，所述位移計和應變片通過數據線與用於將位移值和應力值轉化為電信號的接收轉化器連接，所述接收轉化器通過數據線與控制電腦連接。進一步，在加載裝置加載的過程中，檢測裝置分段採集數據和檢測。綜上內容，本實用新型所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，以不鏽鋼雷射焊車體結構大部件為研究對象，通過仿真分析與試驗相結合的方法，快速、準確對側牆等不鏽鋼車體結構大部件的焊縫疲勞強度進行試驗，操作簡易可行，是預測車輛疲勞安全可靠性的重要組成部分，該測試技術的使用，不僅可以提供準確的檢測數據，積累大量真實有效的試驗數據，同時有利於對車輛疲勞安全可靠性進行分析研究，為車輛疲勞安全可靠性提供有力依據。

圖1是本實用新型試驗裝置結構示意圖；圖2是本實用新型進行超員載荷工況下的垂直受拉試驗時的加載點布置圖；圖3是本實用新型進行超員載荷工況下的垂直受拉試驗時的位移計位置圖；圖4是本實用新型進行正常工作載荷下的疲勞載荷加載試驗時的加載點布置圖。如圖1至圖4所示，側牆1，左窗立柱2，右窗立柱3，窗上橫梁4，窗下橫梁5，側牆上邊梁6，側牆下邊梁7，門立柱8，側牆板9，約束支架10，作動器11。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述:如圖1所示，本實用新型所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，以不鏽鋼雷射焊地鐵車體結構件為試驗對象進行焊縫疲勞強度的測試，如地鐵的側牆、端牆等大部件，可廣泛用於在中國運行的雷射焊車體測試。本實施例中，以側牆I作為待試驗車體結構件進行測試。側牆I由左窗立柱2、右窗立柱3、窗上橫梁4、窗下橫梁5、側牆上邊梁6、側牆下邊梁7、門立柱8及側牆板9焊接而成，側牆I為不鏽鋼材料，各焊縫通過雷射焊焊接。大部件的疲勞試驗在疲勞試驗臺上完成，試驗裝直包括待測試的側牆1、|旲擬裝置、加載裝置及檢測裝置，模擬裝置用於模擬、計算、分析確定試驗加載工況，加載裝置用於根據試驗加載工況向待測試的側牆I加載，檢測裝置用於檢測側牆I的各向位移值、關鍵點的應力值及關鍵部位焊縫的探傷檢測。其中，加載裝置採用作動器11，檢測裝置包括位移計、與側牆I的待測部位密貼的應變片、滲透檢測設備及射線探傷檢測設備等，模擬裝置是內包含有HyperWorks有限元軟體的電腦，檢測裝置的檢測結果傳輸至電腦內，電腦進行計算、分析及顯示。在疲勞試驗臺上共設置22個作動器11，作動器11的加載頻率為0.0l-lOHz，最大靜載荷IOOOkN,作動器11的最大動載荷±500kN，試驗臺的液壓作動缸共設有22個通道，22個通道分別連接22個作動器11，22個通道既可以同時協調加載，也可以分成多組分別控制，獨立工作，不互相干擾。本實用新型所述的疲勞試驗方法，藉助有限元計算分析和試驗技術，模擬側牆I在整車疲勞狀態下的試驗工況，對其上的關鍵焊縫部位的疲勞強度進行檢測。具體測試方法包括如下步驟:一、利用仿真技術確定試驗加載工況:1、整車的車輛疲勞載荷分為垂向疲勞載荷與橫向疲勞載荷兩部分。垂向疲勞載荷=車輛正常工作狀態下的載荷X (1±0.15) Xg；橫向疲勞載荷=車輛正常工作狀態下的載荷X (±0.15) Xg；通過以上公式，確定車輛疲勞載荷工況。2、依據HyperWorks有限元軟體確定試驗加載工況。2-1、依據以上公式得出的疲勞載荷工況，對雷射焊的側牆I進行有限元建模、計算和分析，記錄側牆I的各向位移值及關鍵點的應力值。仿真計算採用HyperWork軟體進行建模分析，模型採用四邊形板殼單元進行劃分，對於重要部位進行了局部單元細劃，雷射焊縫用長細比較大的殼單元進行模擬，平均單元長度取20mm，其中，對整體剛度及局部強度有貢獻的結構，如左窗立柱2、右窗立柱3、窗上橫梁4、窗下橫梁5、側牆上邊梁6、側牆下邊梁7、門立柱8等都予以考慮。2-2、提起側牆I有限元模型並進行約束和加載分析，利用遞進的方法，使側牆I的位移和應力與整車計算結果中對應位置側牆單元的位移和應力保持一致，進而模擬側牆I在整車疲勞狀態下的試驗工況，並以此確定焊縫疲勞強度試驗時的各點試驗加載工況。底架是車輛主要的承載部位，側牆I則起到傳遞垂向力的作用，在設計側牆I試驗加載工況時，採用遞進方法，該遞進方法解釋為考慮結合現有試驗條件，對側牆上邊梁6進行約束，首先調整側牆下邊梁7的加載點位置，找到與整車對應位置側牆單元變形一致的合適加載點，其次，通過微調各加載點的載荷數值來保證兩種狀態下的側牆單元變形和應力的一致性。二、對關鍵焊縫部位的疲勞強度進行檢測:通過上述仿真技術得出側牆I各加載點的試驗加載工況後，按工況條件對側牆I各點進行加載，並通過檢測裝置記錄側牆I各向的位移值和各關鍵點的應力值，具體包括如下步驟。 結合現有試驗條件，對側牆上邊梁6通過約束支架10進行約束，調整側牆下邊梁7的加載點位置，找到與整車對應位置側牆單元變形一致的合適加載點，本實施例中，在側牆下邊梁7上設置A、B、C三個加載點，再通過微調各加載點的載荷數值來保證兩種狀態下的側牆單元變形和應力的一致性。該試驗分為兩個部分，分別為超員載荷工況下側牆垂直受拉試驗和正常工作載荷下側牆疲勞載荷加載試驗。1、如圖2所示，側牆I在超員載荷工況下的垂直受拉試驗。該步驟中，作動器11的數量為3個，分別在側牆下邊梁7的A，B，C三個加載點位置進行加載，側牆上邊梁5的D位置用約束支架10進行約束，在A，B, C三個加載點400mm範圍內施加載荷。A點和C點距離門立柱7的側邊外側70mm，B點距離左窗立柱2約196mm處，使側牆I保持在滿載荷工況。A，B，C三個加載點的載荷加載方向均為垂直向下，圖2中的箭頭方向即為加載方向，加載的載荷分別為23.3kN，加載方向與側牆下邊梁7垂直，作動器11的加載頻率為5Hz，目標加載次數為200萬次。試驗需要採集側牆I各向的位移值以及關鍵部位的應力值，應力值通過貼附於採集點的應變片來(圖中未示出)檢測，位移值通過設置在採集點的位移計(圖中未示出)來檢測，位移值和應力值實時傳輸到接收轉化器，接收轉化器將位移值和應力值轉化為電信號傳輸至電腦中，電腦對接收到的數據進行實時記錄、計算、分析，以確定車體的變形情況。位移值採集點的布點位置如圖3所示，分別為1、2、3、4點，I點和2點設置在左、右門立柱7上，I點和2點距離側牆下邊梁6的底邊均為1200mm，3點和4點設置在窗下橫梁4的位置，距離側牆下邊梁6的底邊均為900_，在1、2、3、4點處各設置一個位移計。應力值採集點的布點位置分別設置在四個門角和四個窗角處，在每個門角和窗角處設置3至4個應變片。此時，採集並查看門角、窗角等高應力區域應力數值是否滿足低於屈服應力。2、如圖4所示，側牆I在正常工作載荷下的疲勞載荷加載試驗。在正常工作載荷下的疲勞載荷加載試驗的加載位置和載荷值，分兩步進行:第一步，3個作動器11分別設置在側牆下邊梁7的A、B、C三點位置，在加載點400mm範圍內施加載荷，側牆上邊梁6的D位置用約束支架10進行約束，A點和B點距離門立柱7的側邊250mm，C點設置在與左窗立柱3對應的位置處。其中，A點和C點的加載方向垂直側牆下邊梁7，從側牆下邊梁7的外側向側牆下邊梁7施加載荷(即垂直向上的方向)，A點的載荷為20 kN, C點的載荷為35 kN, B點的加載方向垂直側牆下邊梁7，但是從側牆下邊梁7的內側向外施加載荷(即垂直向下的方向)，B點的載荷為20kN。圖4中的箭頭方向即為加載方向。第二步， 側牆下邊梁7的A、B、C加載點增加動態載荷，載荷的幅值在正常工作載荷的±15%範圍內同步變化。作動器11的加載頻率為5Hz，循環次數為200萬次。在加載的過程中，位移計和應變片感應車體被測部件的變形，將位移值和應力值實時傳輸到接收轉化器，接收轉化器將位移值和應力值轉化為電信號傳輸至電腦中，電腦對接收到的數據進行實時記錄、計算、分析，以確定車體的變形情況。3、對關鍵部位的焊縫進行滲透探傷檢查。對於心不甘雷射焊縫的檢測利用XXQ2505射線探傷設備，採用射線探傷(RT)無損檢測手段檢測雷射焊縫區域，透照方式採用單壁透照，增感方式前屏:Pb0.03mm 後屏:Pb0.1mm,並且,時間在4 7min時基本的顯影條件，15min以上實現定影,試驗分別在50萬次、100萬次、150萬次、200萬次四個階段進行檢測操作。對於門角等高應力區域的焊縫及熱影響區域的檢測採用滲透探傷方法，執行EN571和EN1289標準，該滲透檢測設備以噴塗法為主，檢測面白光度彡IOOOLx,滲透時間為15min,並留有12min的顯像時間。試驗全部結束。使用該不鏽鋼雷射焊接車體大部件疲勞強度測試技術，可以快速、準確測試不鏽鋼雷射焊車體大部件焊縫疲勞強度，是預測車輛疲勞安全可靠性的重要組成部分，該測試技術的使用，不僅可以積累大量真實有效的數據，同時可以加快現場測試速度，為車輛疲勞安全可靠性提供有力依據。保證車輛穩定和安全的運行。[0058]如上所述，結合附圖和實施例所給出的方案內容，可以衍生出類似的技術方案。但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.一種軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於，包括待試驗車體結構件，用於模擬、計算、分析確定試驗加載工況的模擬裝置，用於根據試驗加載工況向待試驗車體結構件加載的加載裝置，用於檢測待試驗車體結構件的各向位移值、關鍵點的應力值及關鍵部位焊縫的探傷檢測的檢測裝置。
2.根據權利要求1所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於:所述加載裝置為多個作動器，多個作動器通過通道與液壓作動缸連接，所述作動器與控制電腦連接。
3.根據權利要求2所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於:所述作動器的加載頻率為0.0l-lOHz，最大靜載荷IOOOkN,作動器的最大動載荷±500kN。
4.根據權利要求2所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於:所述作動器設置有20個或以上。
5.根據權利要求2所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於:所述作動器的加載次數為100萬次以上。
6.根據權利要求1所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於:所述檢測裝置包括位移計、貼附於車體被測部位的應變片、滲透檢測設備、射線探傷檢測設備，所述位移計和應變片與控制電腦連接。
7.根據權利要求6所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於:所述位移計和應變片通過數據線與用於將位移值和應力值轉化為電信號的接收轉化器連接，所述接收轉化器通過數據線與控制電腦連接。
8.根據權利要求1所述的軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，其特徵在於:在加載裝置加載的過程中，檢測裝置分段採集數據和檢測。
專利摘要本實用新型涉及一種軌道車輛車體結構大部件疲勞試驗裝置，包括待試驗車體結構件，用於模擬、計算、分析確定試驗加載工況的控制裝置，用於根據試驗加載工況向待試驗車體結構件加載的加載裝置，用於檢測待試驗車體結構件的各向位移值、關鍵點的應力值及關鍵部位焊縫的探傷檢測的檢測裝置。本實用新型通過仿真分析與試驗相結合的方法，快速、準確對側牆等不鏽鋼車體結構大部件的焊縫疲勞強度進行試驗，操作簡易可行，該試驗技術的使用，不僅可以提供準確的檢測數據，積累大量真實有效的試驗數據，同時有利於對車輛疲勞安全可靠性進行分析研究，為車輛疲勞安全可靠性提供有力依據。
文檔編號G01M17/08GK203011707SQ20122072896
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者車全偉, 許嬌, 田愛琴, 周建樂, 鍾元木 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司