【摘 要】为解决地铁车辆抗侧滚扭杆座及枕梁下盖板补板裂纹对车体安全运营的影响，对产生裂纹区域及裂纹附近进行区域进行方案改进。通过疲劳计算分析验证改进方案的可行性、可靠性。在各疲劳计算工况作用下，边梁与补强板焊缝、枕梁与补板焊缝、立板与补板焊缝计算结果，表明车体的疲劳强度满足IIW-2008标准中的要求。
【关键词】裂纹；铝合金材料；疲劳
1 引言
问题描述：国内地铁车辆为了乘客乘坐更舒适，运行更具稳定、安全，转向架设置抗侧滚扭杆装置，固定在车体底架枕梁附近，正常运营过程中枕梁下盖板补板由于受力会产生载荷的特性，由于受载严峻，容易产生疲劳问题。地铁车辆运行中发现枕梁下盖板补板出现裂纹，对枕梁下盖板补板、立板及扭杆座进行探伤，普查发现枕梁下盖板补板出现裂纹，裂纹长度由10到90mm不等；立板裂纹，裂纹长度为38mm。扭杆座焊缝出现裂纹，裂纹长度约为10mm。如图1-3所示：
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2、改进方案
通过金相分析，枕梁下盖板补板及立板材料本身存在缺陷，将所有枕梁下盖板补板、立板、抗侧滚扭杆座材质全部由7020-T6更换为6082-T6。针对全部更换枕梁下盖板补板、立板、抗侧滚扭杆座材料的修复方案，进行了静强度分析，校核静强度满足EN12663-1：2010、 BS EN1999-1-1：2007标准要求。确保疲劳也满足要求，下面我们将对此处结构进行疲劳分析。
3、疲劳强度
载荷工况及边界条件：
分析扭杆座受拉与受压两种静载荷工况，载荷大小为40KN，施加在扭杆座螺栓孔内侧节点上，有限元模型垂向、横向、纵向约束施加在边梁与枕梁处，具体如下图4所示。
图4：纵向、垂向、横向线位移约束
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根据EN 12663-1：2010《铁路应用—铁道车辆车体的结构要求》标准中对整车疲劳强度的规定，本次分析根据疲劳计算工况及边界条件标准进行。
（2）疲劳强度评定标准
基于IIW-2008标准，对车体部件及焊接结构进行疲劳评估，本次计算根据待评估焊缝的焊接接头形式选取IIW标准中FAT28级进行评估。
基于IIW-2008标准，对车体部件及焊接结构进行疲劳评估，参考车体仿真计算经验[7-10]，本次计算根据待评估焊缝的焊接接头形式选取IIW标准中FAT28级进行评估，该等级不仅符合实际结构的焊接接头形式，同时与抗侧滚扭杆座的实际受力方向也吻合。通过累计疲劳损伤公式计算，车体部件母材和焊接接头各等级的许用应力范围及截止极限应力范围见表3-2至3-5，表中应力单位为MPa；应力范围小于许用应力范围的评估点的累积损伤不得大于1。
表3-2 IIW-2008标准中的许用应力范围（循环次数N = 107）
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车体部件母材和焊接接头各等级的许用应力范围及截止极限应力范围见表3-2至3-5，表中应力单位为MPa；应力范围小于许用应力范围的评估点的累积损伤不得大于1。
（3）疲劳强度计算结果
基于IIW-2008《国际焊接标准》，补板处各焊缝在2个疲劳强度载荷工况下，疲劳强度满足要求；疲劳计算工况1、疲劳计算工况2结构累计损伤值见表3-6、3-7：
表3-6 疲劳计算工况1下补强板处各焊缝累积损伤（单位：MPa）
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4结论：
基于IIW-2008《国际焊接标准》，各疲劳计算工况作用下，边梁与补强板焊缝、枕梁与补板焊缝、立板与补板焊缝的计算结果可知，车体的疲劳强度满足IIW-2008标准中的要求。
参考文献
[1]EN 12663-1：2010《铁路应用—铁道车辆车体的结构要求》
[2]IIW-2008《焊接零部件和焊接接头的疲劳设计建议》