基于等效结构应力法的电机机座焊接结构疲劳寿命预测
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结构应力法对牵引 电机机座的主焊缝 进行疲劳寿命 预测 ， 析计算 了该 机座 ８条 主焊缝 的应力集 中和疲 分
劳寿命． 计算结果表 明： 静强度结 果满足设计要求 ， 并且牵引 电机机座的主焊缝 具有 良好 的抗疲 劳性能 ． 关键词 ： 引电机机 座； 牵 静强度计算 ； 等效结构应力 ； 疲劳 寿命
面 的研 究 Ｅ ｍａｌｌ ＠ ｄｔ．ｄ ．ｎ － ｉ： ｎ ｊ ｅｕ ｃ ． ｙ ｕ
第 ３期
李娅娜 ， 基于等效结构应力 法的电机机座 焊接结构疲劳寿命预测 等：
１ １
曲线 的焊 缝疲 劳寿命 计算 公 式为 ：
３ ２ 载 荷和 约束 条件 ．
Ⅳ：ｆ
＼Ｃｄ ／
（） ２
象 ， 该牵 引 电机机 座进行 有 限元静 强度计 算 ， 对 并
利用 实 际线路 载 荷谱 ， 于等 效 结 构应 力 法 对该 基 电机 机座 的 ８条主焊 缝进 行疲 劳寿命 的评 估．
（） ５ 焊后 热处 理对 焊 接 接头 的疲 劳寿 命影 响
不 明 显．
１ 焊 接 结构 疲 劳 问题 的特 殊 性
第３ ３卷 第 ３期 ２１ ０ ２年 ６月
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ Ｄ Ｉ ＪＡＯＴ ＮＧ ＵＮＩ ＥＲ ＩＹ ＡＬ ＡＮ Ｉ Ｏ Ｖ ＳＴ
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｊｎ２ ２ ｕ ． ０１
文章编号 ：６ ３９ ９ （０ ２ ０ —０ ０ ０ １７ —５ ０ ２ １ ）３０ １—４
命 名为 主 ｓＮ 曲线 方 程 ， 中 Ｃ — 式 ｄ及 ｈ为试 验 常 数， 见表 １ ．
表 １ 焊接接 头疲劳曲线参数
工 程上 ， 焊接结 构 具有许 多优 点 ， 其抗疲 劳 但
２ 等效 结构 应 力
焊接 结构 的 特殊 性 ， 定 了焊 接 缺 陷存 在 具 决
有 必然构 采 对 进行 疲 劳寿命 评估也 更 加合理 有效 Ｊ ． 基 于断裂 力学 表达 式推 导 的等效 结构 应力计 算 公式 为 ：
基 于等 效 结构 应 力法 的 电机 机 座 焊 接 结构 疲 劳 寿 命 预 测
李娅娜 ， 志峰 蓝
（ 大连交通大学 交通运输Ｘ 程 学院， － 辽宁 大连 １６ ２ ） １０ ８
摘
要： 采用 有限元法对牵 引电机机座进行静强度计算 ， 并在 此基础上利用美 国 Ａ Ｍ Ｓ Ｅ标准 中采用 的等效
牵 引 电机在运 转 过程 中承受 的载 荷 主要有 电
机 自重 、 转矩 、 向加 速度 、 向加速度 、 向加 速 垂 横 纵 度 ， 中最危 险载 荷 工 况 为 ： 矩 ４ ３ ・ 其 转 ５１５Ｎ ｍ＋
垂 向加 速度 ４ ２ ． ５ｇ＋横 向 加速 度 ３ ７ｇ＋纵 向加 ．
杂， 以前 常用 有 限元 分 析 它 在 各种 静 载 荷作 用 下
有 缺 口的试 件却不 是这 样 ； 是应力 变化 范 围 ， 它是 导致应 力集 中的关键 ， 平均
应 力 没有什 么显 著的影 响 ， 非焊 接 的试 件 中 ， 而 平 均 应力 有显 著 的影 响 ； （ ） 材强 度 的影 响几 乎 可 以 忽 略 不计 ， ４母 母 材、 焊缝 和热影 响 区 的性 能 ， 某 一 大 类 材料 （ 对 如 钢） 的疲劳性 能影 响甚 微 ；
的应力 分布 和变 形 情 况 ， 很 少考 虑 它 在 动 载荷 但 作 用下 的疲 劳破 坏 情 况 ， 着计 算 机 技 术 与 预测 随 焊 缝疲 劳评 估方 法 的完善 ， 预测机 座 的使用 寿命 ，
开展 抗疲 劳设 计 ， 电机 设 计 急 需解 决 的一 项关 是
键 问题 ¨ ． 文 以某 型号 牵 引 电机机 座 为 研 究对 Ｊ本
文献标识码 ： Ａ
Ｏ 引言
一
（ ） 接 接 头 的 ＳＮ 曲线 在 寿命 区 间 内 ， ２焊 — 有 个趋 于一 个特 有 的斜 率 ， 而光 滑 试 和未 焊 接 的 （ ） 接 接 头 的 ｓＮ数 据 中 ， 决 定 作 用 的 ３焊 — 起
机 座是 电机 中 的重要零 件之 一 ， 着支撑 、 起 保 护 、 为通 风结 构 等 多 种 作 用 ， 于机 座 结 构 复 作 由
式 （ ） ， ． 是 等 效结 构 应 力 ， 式 中可 １ 中 △ｓ 从
以看 出 ， 等效结 构 应 力 变 化 范 围受 结 构 应 力 变 化 范 围 Ａ ＂ 板厚 、 应力 与 弯 曲应力 状 态 ， ｒ ｏ、 膜 （）三 个参 数 的综合 影 响 ， 中 ｍ ＝３６ 其 ．．式 （ ） 根 据 ２是 等效 结构 应力 求 解 疲 劳 寿命 次 数 的计 算 方程 ， 并
裂 纹产 生 的位置 及 裂 纹 发展 方 向 ， 主要 有 这两 种 失 效形 式 ： 种是 焊趾 开裂 ， 一 一种 是焊根 开裂 ；
以等效结构应力变化范 围 △ ５ 为参 数的主 ｓＮ —
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — １ ２ １— １１
基金项 目： 国家 ８ ３计划课题资助项 目（ ０ ２ Ａ ４ ９ ２ ； ６ ２ １Ａ ００ １ ） 铁道部科技计划资助项 目（ ０ ０ ４一Ｂ） ２ １Ｊ １ １ 作者简介 ： 李娅娜 （９ ７一） 女 ， １７ ， 副教授 ， 士 ， 博 主要从事 车辆 Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ及其 关键技术 、 接残余应 力与变形 方 Ａ ／Ａ 焊
Ａ ＝ Ｓ （） １
能 力低 下 ， 近几 十年来 ， 在 人们 普遍 认为 焊接接 头
的疲劳 属性 与焊 接之前 的材 料 的疲劳属 性是 不 同 的， 因此 需要 有不 同方 法 ， 以有效 地进行 焊接 件 的
疲 劳 寿命 评估 ． （ ） 接 接 头 的 疲 劳 失 效横 式 是 明 确 的 ， １焊 即
