考虑焊缝的C70车体疲劳寿命有限元模型分析

王生武，李忠林

(大连交通大学机车车辆工程学院， 辽宁 大连 116028)

近年来，有限元仿真已成为铁路车辆等焊接结构疲劳寿命分析的重要工具，并取得了大量的研究成果。但是至今尚未形成相对成熟的有限元建模方法以进行疲劳寿命评价。大多数焊接结构疲劳分析的有限元模型都沿袭了结构强度分析的建模方法，即忽略焊缝形状细节的影响，根据经验，运用网格划分将焊缝进行等效处理[1-2]，也有学者采用结构应力法来回避焊缝形状细节的影响[3-4]。但是，近年来大量研究表明，焊缝形状细节将直接影响焊脚部位应力集中程度的大小，并最终影响焊接接头的疲劳寿命[5-6]。从疲劳机理的角度出发，这种回避焊缝形状细节的分析方法，影响了其疲劳寿命分析的准确性、合理性。因此，疲劳寿命分析的建模方法不同于结构强度分析的建模方法。用于疲劳寿命分析的有限元模型不但需要考虑焊缝形状细节，而且应该考虑网格疏密的变化速度，这些都是直接影响焊接接头局部应力集中的重要因素。

随着计算机科学和相关软件的不断发展和成熟，有限元分析结果对网格大小的依赖性相对减少，计算结果更加准确合理，有助于考虑焊缝形状细节的疲劳寿命分析工作的开展。

本文以C70车体为研究对象，分别构建了角焊缝高6 mm和12 mm的有限元模型进行疲劳寿命分析，并与不考虑焊缝的有限元模型相比较，探讨用于疲劳寿命分析的有限元建模方法。……