钢制车体疲劳强度校核方法_李幸人
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３ 疲 劳 许 用 应 力 极 限 值 的 确 定 方 法
３．１ 许 用 应 力 的 确 定 依 据 进行车体静态疲劳试验或采用疲劳极限法评定疲
劳强度时应满足表２ 中 规 定 的 应 力 极 限 值 要 求，静 态 应力不应超过表１中给出的许用应力。
·２２ ·
许 用 应 力 的 确 定 依 据 包 括 材 料 类 型 、视 具 体 机 车车辆类型及其应用的疲劳载荷工况而规定的动荷 系 数 Ｋ 和 校 核 应 力 的 位 置 （应 为 得 到 名 义 应 力 的 位 置 ）。
（２）统计能量法对车内噪声的预测可有效 支 持设
计达到车内噪声的目标要求；
（３）声学包仿真技术可应用在没有准确噪 声 数据
的前期开发过程中，指 导 声 学 处 理 措 施 以 达 到 偏 安 全
的 结 果 ，便 于 后 期 根 据 实 际 测 试 结 果 调 整 声 学 包 方 案 。
参考文献：
注 ：系 数 取 值 １．１ 是 为 了 反 映 焊 接 影 响 区 内 母 材 性 能 的 变 化 。
２ 材 料 焊 接 疲 劳 数 据 的 选 取
在缺乏钢 铁 材 料 疲 劳 极 限 数 据 的 情 况 下，可 采 用 ＥＲＲＩ Ｂ１２／ＲＰ６０（第２版）《验证试验和最大许用应力的 规定》中表 Ｃ．１的焊接件 Ｇｏｏｄｍａｎ图数据（表２）作为疲 劳极限法评定疲劳强度时的许用应力极限值。表２中 的 焊 缝 类 型 详 见 下 文 （３．２ 常 用 焊 缝 类 型 ）。ＥＲＲＩ提 供 的数据是在大量焊接件试验基础上得到的，疲劳寿命为 ２００万次，母材疲劳强度数据存活率为 ５０％，焊缝 疲 劳 强度数据存活率为９０％，可满足一般应用要求。
关 键 词 ：车 体 ；疲 劳 强 度 ；疲 劳 极 限 线 图 ；焊 接 接 头 ；许 用 应 力 中 图 分 类 号 ：Ｕ２７０．１＋２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
在进行机车车辆 车 体 结 构 疲 劳 强 度 校 核 时，材 料 些不明晰之处，使 用 时 不 够 方 便。 本 文 从 静 态 应 力 极
［２］ Ｌｉａｎｇｙｕ Ｈｕａｎｇ，Ｒａｍｋｕｍａｒ Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｔｅｒｅｎｃｅ Ｃｏｎｎｅｌｌｙ，Ｊａｍｅｓ Ｄ Ｋｎｉｔｔｅｌ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｌｕｘｕｒｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｐａｃｋａｇｅ ｕ－ ｓｉｎｇ ＳＥＡ Ｆｕｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＳＡＥ ｐａｐｅｒ，２００３，（１）：１５５４．
采用疲劳极限法评定疲劳强度的方法。该方法根据载 荷、试验和 ＵＩＣ 规 程 使 用 的 评 定 标 准，利 用 ＥＲＲＩ报 告提供的钢材焊接接 头 疲 劳 数 据，对 钢 制 货 车 车 体 焊 接结构进行疲劳强 度 校 Baidu Nhomakorabea。 国 内 外 的 应 用 证 明，该 方 法也适用于大部分钢制车体焊接结构的疲劳检验。然 而该方法在国内应用时由于受技术资料的限制仍有一
收 稿 日 期 ：２０１１－０７－０８；修 订 日 期 ：２０１２－０１－１０ 作 者 简 介 ：李 幸 人 （１９６８－），男 ，高 级 工 程 师 。
焊 接 对 母 材 造 成 的 影 响 ，是 对 静 态 应 力 极 限 值 较 为 适当的取值。
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨
表２ ＥＲＲＩ Ｂ１２／ＲＰ６０（第２版）中的表 Ｃ．１
焊缝 类型
许用疲劳应力范围 ２σＡ ｌｉｍ／ＭＰａ
许 用 平 均 应 力 极 限σｍ ｌｉｍ／ＭＰａ
动荷系数 Ｋ＝０．２
动荷系数 Ｋ＝０．３
许 用 应 力 上 限σｍａｘ ｌｉｍ／ＭＰａ
动荷系数 Ｋ＝０．２
动荷系数 Ｋ＝０．３
Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０
及其验证工作带来困难。 ＥＮ １２６６３—２—２０１０《铁 路 应 用 轨 道 车 辆 车 体
结构要求 第２部分》针 对 钢 制 货 车 车 体 提 出 了 一 种
应 力 极 限 的 确 定 、设 计 应 用 等 方 面 对 该 方 法 进 行 讨 论 。
１ 利 用 材 料 拉 伸 试 验 确 定 的 静 态 应 力 极 限 值
种焊缝不能涵盖所有 的 焊 接 结 构 种 类，在 实 际 应 用 中 应针对各焊接区选择最适当的焊缝类型。
３．３ 疲 劳 许 用 应 力 极 限 及 其 示 例 假定许用 疲 劳 应 力 范 围 ２σＡ ｌｉｍ 与 应 力 比 无 关，则
焊缝类型 Ａ 的许用疲劳应力范围可根据材料屈服极 限按下式计算：
４ 修正 Ｇｏｏｄｍａｎ疲劳极限线图的绘制
最大应力不应超过材 料 屈 服 极 限 的 原 则，用 屈 服 极 限 作为应力限界对实际疲劳极限线图进行的塑性修正。
疲劳极限应力和平均应力的 Ｇｏｏｄｍａｎ关系为： σａ＝σ－１（１－σｍ／σｂ）
式 中 ：σａ——— 应 力 幅 ； σ－１——— 疲 劳 极 限 应 力 ； σｍ ——— 平 均 应 力 ； σｂ——— 抗 拉 强 度 。 通常情况下，应 力 幅σａ＝ （σｍａｘ－σｍｉｎ）／２，应 力 比ｒ
的力学性能数据一般能在相关标准中查到或通过试验 得 到 ，而 材 料 的 疲 劳 性 能 数 据 往 往 难 以 确 定 ，这 给 设 计
限值的选取、材 料 焊 接 疲 劳 数 据 的 选 取、Ｇｏｏｄｍａｎ 疲 劳 极 限 线 图 的 绘 制 方 法 、常 用 焊 接 接 头 类 型 、疲 劳 许 用
表 １ 静 态 应 力 极 限 值 取 值
材料特性
静态应力极限值取值
母材
Ｒｐ≤０．８Ｒｍ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ≥１０％ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ＜１０％
Ｒｐ Ｒｐ Ｒｍ／１．２５
焊缝附近 的母材
Ｒｐ≤０．８Ｒｍ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ≥１０％ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ＜１０％
Ｒｐ／１．１ Ｒｐ／１．１ Ｒｍ／１．３７５
＝σｍｉｎ／σｍａｘ，平均 应 力σｍ ＝ （σｍｉｎ＋σｍａｘ）／２，应 力 范 围 为 Δσ＝２σａ＝σｍａｘ－σｍｉｎ。
在车体疲劳强度校核时通常采用 Ｓｍｉｔｈ图形式。 平均应力对焊接件疲劳性能的影响与对其他缺口
零件的影响相同。在 中 低 强 度 的 碳 钢 焊 接 件 中，平 均 拉应力对许用交变应 力 没 有 很 大 影 响，所 以 在 许 多 焊 接疲劳设计规则中不考虑平均拉应力的影响。平均压 应 力 能 提 高 抗 疲 劳 性 能 ，但 是 ，要 在 低 强 度 焊 缝 中 保 持 残余应力是很困难的，因 而 在 焊 接 件 设 计 中 也 不 宜 过 多考虑表面压缩残余应力的影响。虽然国际上对焊接 结构设计中是否考虑 平 均 应 力 的 影 响 仍 存 在 争 议，但
Ｄ ６６
６６
６６ １６５ １６５ １６５ １１０ １１０ １１０ １９８ １９８ １９８ １４３ １４３ １４３
Ｅ ５４
５４
５４
注 ：１）该 值 由 屈 服 极 限 求 出 。
１３５ １３５ １３５
９０ ９０ ９０ １６２ １６２ １６２ １１７ １１７ １１７
设 计 制 造
铁 道 车 辆 第 ５０ 卷 第 ４ 期 ２０１２ 年 ４ 月
文 章 编 号 ：１００２－７６０２（２０１２）０４－００２１－０４
钢制车体疲劳强度校核方法
李 幸 人 ，邹 涛 ，张 江 田 ，杨 俊 杰
（大同电力机车有限责任公司，山西 大同 ０３７０３８）
摘 要：介绍了在缺乏材料疲劳性能数据时进行钢制车体疲劳强度校核的方法，从静态应力极限值和焊 接 疲 劳 数 据 的选取、Ｇｏｏｄｍａｎ疲 劳 极 限 线 图 的 绘 制 方 法 、常 用 焊 接 接 头 类 型、疲 劳 许 用 应 力 极 限 的 确 定 、设 计 应 用 等 方 面 对 该 方 法 进行了讨论。
首先利用材料拉伸试验确定钢铁材料的静态应 力 极 限 值 。 ［１］ 表 １ 给 出 了 材 料 静 态 应 力 极 限 值 （屈 服 极 限）的 确 定 方 法 。 表 １ 中 的 屈 服 极 限 Ｒｐ（材 料 屈 服 强 度 或 ０．２％ 塑 性 延 伸 强 度）、抗 拉 强 度 Ｒｍ 和 延 伸 率Ａ 的值应取现行相关材料标准中的最小值。表１ 中 的 取 值 合 理 考 虑 了 钢 的 强 度 和 韧 性 ，并 且 考 虑 了
Ａ １１０ １１８ １６６ ２００１） ２３３１） ３００１） １８３ １９７ ２７７ ２４０１） ２８０１） ３６０１） ２３８ ２５６ ３６０
Ｂ ９０ Ｃ ８０
９０ ８０
９０ １８２１） ２１３１） ２２５ １５０ １５０ １５０ ２１８１） ２５５１） ２７０ １９５ １９５ １９５ ８０ １８２１） ２００ ２００ １３３ １３３ １３３ ２１８１） ２４０ ２４０ １７３ １７３ １７３
图 １４ 侧 走 廊 噪 声 声 压 级
重量、性能、结构空间 三 者 关 系 起 到 了 显 著 的 作 用，为 高速列车噪声控制开拓了一个可行的思路。在前期开 发中应用声学包仿真技术有如下优点：
（１）结构声 学 包 方 案 有 平 衡 重 量、性 能 和 结 构 空 间的优势；
［１］ 姚德源，王其政．统计能量 分 析 原 理 及 应 用 ［Ｍ］．北 京：北 京 理 工 大 学 出 版 社 ，１９９５．
表 ２ 中 给 出 了 ３ 种 级 别 钢 的 抗 拉 强 度 Ｇｏｏｄｍａｎ 疲劳极限应力。表２ 中 焊 缝 类 型 Ｂ、Ｃ、Ｄ 的 应 力 极 限 值 相 近 或 相 同 ，这 是 因 为 对 于 焊 接 结 构 来 说 ，焊 接 接 头 的 疲 劳 强 度 与 母 材 静 强 度 、焊 缝 金 属 静 强 度 、热 影 响 区 的组织性能以及焊缝 金 属 强 度 匹 配 的 关 系 不 大，也 就 是说只要焊接接头的 细 节 一 样，高 强 度 钢 和 低 碳 钢 的 焊接接头疲劳强度是 一 样 的，具 有 相 同 的 Ｓ －Ｎ 曲 线， 这 个 规 律 适 用 于 对 接 接 头 、角 接 接 头 等 各 种 接 头 形 式 。 其原因在于，接头焊 趾 部 位 沿 熔 合 线 存 在 产 生 缺 口 效 应的尖锐缺陷，大多 数 情 况 下 这 些 缺 陷 为 疲 劳 裂 纹 源 区，会使焊接接头在 一 定 应 力 幅 值 下 的 疲 劳 寿 命 主 要 由疲劳裂纹的扩展阶 段 决 定，因 而 所 有 钢 材 的 相 同 类 型焊接接头具有同样 的 疲 劳 强 度，与 母 材 及 焊 接 材 料 的静强度关系不大。
［３］ Ｄｅｎｉｓ Ｂｌａｎｃｈｅｔ，Ａｎｄｒｅｗ Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ３Ｄ ＳＥＡ Ｍｏｄｅｌｓ ｆｒｏｍ Ｔｅｍｐｌａｔｅｓ ２Ｎｅｗ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＳＡＥ ｐａｐｅｒ，２００３，（１）： １５４１．
（编 辑 ：颜 纯 ）
·２１ ·
铁 道 车 辆 第 ５０ 卷 第 ４ 期 ２０１２ 年 ４ 月
２σＡ ｌｉｍ ＝Ｒｐ×０．４６ 当材料的抗拉强度处于表２提供的３种抗拉强度 之 间 时 ，也 可 利 用 表２中 的 值 进 行 线 性 插 值 得 到 焊 缝
钢 制 车 体 疲 劳 强 度 校 核 方 法 李 幸 人 ，邹 涛 ，张 江 田 ，杨 俊 杰
类型 Ａ 的疲劳许用应力极限值。以动荷系数 Ｋ＝０．３
３．２ 常 用 焊 缝 类 型 车体结构常用焊缝类型包括以下５种： （１）类型 Ａ：母材或机加工对接焊缝； （２）类型 Ｂ：对接焊缝； （３）类型 Ｃ：成角度对接焊缝； （４）类型 Ｄ：Ｔ 型接头和角焊缝； （５）类型 Ｅ：螺柱焊缝。 表３给出了 这 ５ 种 焊 缝 的 示 例 图。 实 际 上，这 ５
Ｇｏｏｄｍａｎ关系主 要 适 用 于 脆 性 材 料 和 缺 口 试 样
为例，表４ 给 出 了 不 同 焊 缝 类 型 下 常 用 钢Ｓ２３５、Ｓ２７５ 的试验数据，可将焊接件看作具有缺口效应的构件，采
和 Ｓ３５５的疲劳许用应力极限值。
用 修 正 Ｇｏｏｄｍａｎ 图 （一 般 绘 制 成 Ｈａｉｇｈ 图 形 式 或 Ｓｍｉｔｈ图形式）进 行 疲 劳 强 度 校 核。 修 正 是 指 为 体 现
３．１ 许 用 应 力 的 确 定 依 据 进行车体静态疲劳试验或采用疲劳极限法评定疲
劳强度时应满足表２ 中 规 定 的 应 力 极 限 值 要 求，静 态 应力不应超过表１中给出的许用应力。
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许 用 应 力 的 确 定 依 据 包 括 材 料 类 型 、视 具 体 机 车车辆类型及其应用的疲劳载荷工况而规定的动荷 系 数 Ｋ 和 校 核 应 力 的 位 置 （应 为 得 到 名 义 应 力 的 位 置 ）。
（２）统计能量法对车内噪声的预测可有效 支 持设
计达到车内噪声的目标要求；
（３）声学包仿真技术可应用在没有准确噪 声 数据
的前期开发过程中，指 导 声 学 处 理 措 施 以 达 到 偏 安 全
的 结 果 ，便 于 后 期 根 据 实 际 测 试 结 果 调 整 声 学 包 方 案 。
参考文献：
注 ：系 数 取 值 １．１ 是 为 了 反 映 焊 接 影 响 区 内 母 材 性 能 的 变 化 。
２ 材 料 焊 接 疲 劳 数 据 的 选 取
在缺乏钢 铁 材 料 疲 劳 极 限 数 据 的 情 况 下，可 采 用 ＥＲＲＩ Ｂ１２／ＲＰ６０（第２版）《验证试验和最大许用应力的 规定》中表 Ｃ．１的焊接件 Ｇｏｏｄｍａｎ图数据（表２）作为疲 劳极限法评定疲劳强度时的许用应力极限值。表２中 的 焊 缝 类 型 详 见 下 文 （３．２ 常 用 焊 缝 类 型 ）。ＥＲＲＩ提 供 的数据是在大量焊接件试验基础上得到的，疲劳寿命为 ２００万次，母材疲劳强度数据存活率为 ５０％，焊缝 疲 劳 强度数据存活率为９０％，可满足一般应用要求。
关 键 词 ：车 体 ；疲 劳 强 度 ；疲 劳 极 限 线 图 ；焊 接 接 头 ；许 用 应 力 中 图 分 类 号 ：Ｕ２７０．１＋２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
在进行机车车辆 车 体 结 构 疲 劳 强 度 校 核 时，材 料 些不明晰之处，使 用 时 不 够 方 便。 本 文 从 静 态 应 力 极
［２］ Ｌｉａｎｇｙｕ Ｈｕａｎｇ，Ｒａｍｋｕｍａｒ Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｔｅｒｅｎｃｅ Ｃｏｎｎｅｌｌｙ，Ｊａｍｅｓ Ｄ Ｋｎｉｔｔｅｌ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｌｕｘｕｒｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｐａｃｋａｇｅ ｕ－ ｓｉｎｇ ＳＥＡ Ｆｕｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＳＡＥ ｐａｐｅｒ，２００３，（１）：１５５４．
采用疲劳极限法评定疲劳强度的方法。该方法根据载 荷、试验和 ＵＩＣ 规 程 使 用 的 评 定 标 准，利 用 ＥＲＲＩ报 告提供的钢材焊接接 头 疲 劳 数 据，对 钢 制 货 车 车 体 焊 接结构进行疲劳强 度 校 Baidu Nhomakorabea。 国 内 外 的 应 用 证 明，该 方 法也适用于大部分钢制车体焊接结构的疲劳检验。然 而该方法在国内应用时由于受技术资料的限制仍有一
收 稿 日 期 ：２０１１－０７－０８；修 订 日 期 ：２０１２－０１－１０ 作 者 简 介 ：李 幸 人 （１９６８－），男 ，高 级 工 程 师 。
焊 接 对 母 材 造 成 的 影 响 ，是 对 静 态 应 力 极 限 值 较 为 适当的取值。
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨
表２ ＥＲＲＩ Ｂ１２／ＲＰ６０（第２版）中的表 Ｃ．１
焊缝 类型
许用疲劳应力范围 ２σＡ ｌｉｍ／ＭＰａ
许 用 平 均 应 力 极 限σｍ ｌｉｍ／ＭＰａ
动荷系数 Ｋ＝０．２
动荷系数 Ｋ＝０．３
许 用 应 力 上 限σｍａｘ ｌｉｍ／ＭＰａ
动荷系数 Ｋ＝０．２
动荷系数 Ｋ＝０．３
Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０ Ｒｍ≥３７０ Ｒｍ≥４２０ Ｒｍ≥５２０
及其验证工作带来困难。 ＥＮ １２６６３—２—２０１０《铁 路 应 用 轨 道 车 辆 车 体
结构要求 第２部分》针 对 钢 制 货 车 车 体 提 出 了 一 种
应 力 极 限 的 确 定 、设 计 应 用 等 方 面 对 该 方 法 进 行 讨 论 。
１ 利 用 材 料 拉 伸 试 验 确 定 的 静 态 应 力 极 限 值
种焊缝不能涵盖所有 的 焊 接 结 构 种 类，在 实 际 应 用 中 应针对各焊接区选择最适当的焊缝类型。
３．３ 疲 劳 许 用 应 力 极 限 及 其 示 例 假定许用 疲 劳 应 力 范 围 ２σＡ ｌｉｍ 与 应 力 比 无 关，则
焊缝类型 Ａ 的许用疲劳应力范围可根据材料屈服极 限按下式计算：
４ 修正 Ｇｏｏｄｍａｎ疲劳极限线图的绘制
最大应力不应超过材 料 屈 服 极 限 的 原 则，用 屈 服 极 限 作为应力限界对实际疲劳极限线图进行的塑性修正。
疲劳极限应力和平均应力的 Ｇｏｏｄｍａｎ关系为： σａ＝σ－１（１－σｍ／σｂ）
式 中 ：σａ——— 应 力 幅 ； σ－１——— 疲 劳 极 限 应 力 ； σｍ ——— 平 均 应 力 ； σｂ——— 抗 拉 强 度 。 通常情况下，应 力 幅σａ＝ （σｍａｘ－σｍｉｎ）／２，应 力 比ｒ
的力学性能数据一般能在相关标准中查到或通过试验 得 到 ，而 材 料 的 疲 劳 性 能 数 据 往 往 难 以 确 定 ，这 给 设 计
限值的选取、材 料 焊 接 疲 劳 数 据 的 选 取、Ｇｏｏｄｍａｎ 疲 劳 极 限 线 图 的 绘 制 方 法 、常 用 焊 接 接 头 类 型 、疲 劳 许 用
表 １ 静 态 应 力 极 限 值 取 值
材料特性
静态应力极限值取值
母材
Ｒｐ≤０．８Ｒｍ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ≥１０％ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ＜１０％
Ｒｐ Ｒｐ Ｒｍ／１．２５
焊缝附近 的母材
Ｒｐ≤０．８Ｒｍ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ≥１０％ Ｒｐ＞０．８Ｒｍ且 Ａ＜１０％
Ｒｐ／１．１ Ｒｐ／１．１ Ｒｍ／１．３７５
＝σｍｉｎ／σｍａｘ，平均 应 力σｍ ＝ （σｍｉｎ＋σｍａｘ）／２，应 力 范 围 为 Δσ＝２σａ＝σｍａｘ－σｍｉｎ。
在车体疲劳强度校核时通常采用 Ｓｍｉｔｈ图形式。 平均应力对焊接件疲劳性能的影响与对其他缺口
零件的影响相同。在 中 低 强 度 的 碳 钢 焊 接 件 中，平 均 拉应力对许用交变应 力 没 有 很 大 影 响，所 以 在 许 多 焊 接疲劳设计规则中不考虑平均拉应力的影响。平均压 应 力 能 提 高 抗 疲 劳 性 能 ，但 是 ，要 在 低 强 度 焊 缝 中 保 持 残余应力是很困难的，因 而 在 焊 接 件 设 计 中 也 不 宜 过 多考虑表面压缩残余应力的影响。虽然国际上对焊接 结构设计中是否考虑 平 均 应 力 的 影 响 仍 存 在 争 议，但
Ｄ ６６
６６
６６ １６５ １６５ １６５ １１０ １１０ １１０ １９８ １９８ １９８ １４３ １４３ １４３
Ｅ ５４
５４
５４
注 ：１）该 值 由 屈 服 极 限 求 出 。
１３５ １３５ １３５
９０ ９０ ９０ １６２ １６２ １６２ １１７ １１７ １１７
设 计 制 造
铁 道 车 辆 第 ５０ 卷 第 ４ 期 ２０１２ 年 ４ 月
文 章 编 号 ：１００２－７６０２（２０１２）０４－００２１－０４
钢制车体疲劳强度校核方法
李 幸 人 ，邹 涛 ，张 江 田 ，杨 俊 杰
（大同电力机车有限责任公司，山西 大同 ０３７０３８）
摘 要：介绍了在缺乏材料疲劳性能数据时进行钢制车体疲劳强度校核的方法，从静态应力极限值和焊 接 疲 劳 数 据 的选取、Ｇｏｏｄｍａｎ疲 劳 极 限 线 图 的 绘 制 方 法 、常 用 焊 接 接 头 类 型、疲 劳 许 用 应 力 极 限 的 确 定 、设 计 应 用 等 方 面 对 该 方 法 进行了讨论。
首先利用材料拉伸试验确定钢铁材料的静态应 力 极 限 值 。 ［１］ 表 １ 给 出 了 材 料 静 态 应 力 极 限 值 （屈 服 极 限）的 确 定 方 法 。 表 １ 中 的 屈 服 极 限 Ｒｐ（材 料 屈 服 强 度 或 ０．２％ 塑 性 延 伸 强 度）、抗 拉 强 度 Ｒｍ 和 延 伸 率Ａ 的值应取现行相关材料标准中的最小值。表１ 中 的 取 值 合 理 考 虑 了 钢 的 强 度 和 韧 性 ，并 且 考 虑 了
Ａ １１０ １１８ １６６ ２００１） ２３３１） ３００１） １８３ １９７ ２７７ ２４０１） ２８０１） ３６０１） ２３８ ２５６ ３６０
Ｂ ９０ Ｃ ８０
９０ ８０
９０ １８２１） ２１３１） ２２５ １５０ １５０ １５０ ２１８１） ２５５１） ２７０ １９５ １９５ １９５ ８０ １８２１） ２００ ２００ １３３ １３３ １３３ ２１８１） ２４０ ２４０ １７３ １７３ １７３
图 １４ 侧 走 廊 噪 声 声 压 级
重量、性能、结构空间 三 者 关 系 起 到 了 显 著 的 作 用，为 高速列车噪声控制开拓了一个可行的思路。在前期开 发中应用声学包仿真技术有如下优点：
（１）结构声 学 包 方 案 有 平 衡 重 量、性 能 和 结 构 空 间的优势；
［１］ 姚德源，王其政．统计能量 分 析 原 理 及 应 用 ［Ｍ］．北 京：北 京 理 工 大 学 出 版 社 ，１９９５．
表 ２ 中 给 出 了 ３ 种 级 别 钢 的 抗 拉 强 度 Ｇｏｏｄｍａｎ 疲劳极限应力。表２ 中 焊 缝 类 型 Ｂ、Ｃ、Ｄ 的 应 力 极 限 值 相 近 或 相 同 ，这 是 因 为 对 于 焊 接 结 构 来 说 ，焊 接 接 头 的 疲 劳 强 度 与 母 材 静 强 度 、焊 缝 金 属 静 强 度 、热 影 响 区 的组织性能以及焊缝 金 属 强 度 匹 配 的 关 系 不 大，也 就 是说只要焊接接头的 细 节 一 样，高 强 度 钢 和 低 碳 钢 的 焊接接头疲劳强度是 一 样 的，具 有 相 同 的 Ｓ －Ｎ 曲 线， 这 个 规 律 适 用 于 对 接 接 头 、角 接 接 头 等 各 种 接 头 形 式 。 其原因在于，接头焊 趾 部 位 沿 熔 合 线 存 在 产 生 缺 口 效 应的尖锐缺陷，大多 数 情 况 下 这 些 缺 陷 为 疲 劳 裂 纹 源 区，会使焊接接头在 一 定 应 力 幅 值 下 的 疲 劳 寿 命 主 要 由疲劳裂纹的扩展阶 段 决 定，因 而 所 有 钢 材 的 相 同 类 型焊接接头具有同样 的 疲 劳 强 度，与 母 材 及 焊 接 材 料 的静强度关系不大。
［３］ Ｄｅｎｉｓ Ｂｌａｎｃｈｅｔ，Ａｎｄｒｅｗ Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ３Ｄ ＳＥＡ Ｍｏｄｅｌｓ ｆｒｏｍ Ｔｅｍｐｌａｔｅｓ ２Ｎｅｗ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＳＡＥ ｐａｐｅｒ，２００３，（１）： １５４１．
（编 辑 ：颜 纯 ）
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铁 道 车 辆 第 ５０ 卷 第 ４ 期 ２０１２ 年 ４ 月
２σＡ ｌｉｍ ＝Ｒｐ×０．４６ 当材料的抗拉强度处于表２提供的３种抗拉强度 之 间 时 ，也 可 利 用 表２中 的 值 进 行 线 性 插 值 得 到 焊 缝
钢 制 车 体 疲 劳 强 度 校 核 方 法 李 幸 人 ，邹 涛 ，张 江 田 ，杨 俊 杰
类型 Ａ 的疲劳许用应力极限值。以动荷系数 Ｋ＝０．３
３．２ 常 用 焊 缝 类 型 车体结构常用焊缝类型包括以下５种： （１）类型 Ａ：母材或机加工对接焊缝； （２）类型 Ｂ：对接焊缝； （３）类型 Ｃ：成角度对接焊缝； （４）类型 Ｄ：Ｔ 型接头和角焊缝； （５）类型 Ｅ：螺柱焊缝。 表３给出了 这 ５ 种 焊 缝 的 示 例 图。 实 际 上，这 ５
Ｇｏｏｄｍａｎ关系主 要 适 用 于 脆 性 材 料 和 缺 口 试 样
为例，表４ 给 出 了 不 同 焊 缝 类 型 下 常 用 钢Ｓ２３５、Ｓ２７５ 的试验数据，可将焊接件看作具有缺口效应的构件，采
和 Ｓ３５５的疲劳许用应力极限值。
用 修 正 Ｇｏｏｄｍａｎ 图 （一 般 绘 制 成 Ｈａｉｇｈ 图 形 式 或 Ｓｍｉｔｈ图形式）进 行 疲 劳 强 度 校 核。 修 正 是 指 为 体 现