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铁道车辆热铆连接的疲劳可靠性分析
曹兴华，丁亚萍，金文涛，李东风（中车南京浦镇车辆有限公司，南京210031）
英语日记带翻译摘要：热铆连接的疲劳可靠性是铁道车辆运行安全的关键因素之一。通过ABAQUS建立了热铆连接有限元模型，模拟了
热铆连接时铆钉的变形过程，根据铁道车辆运行时铆钉的受力情况对热铆后的结构进行静力学分析，通过Miner线性累积损伤理论和疲劳分析软件FE-SAFE对静力学结果进行疲劳寿命分析，并通过改变铆钉钉杆长度和镦头高度对疲劳寿命进行预测。结果表明：钉杆长度的改变对疲劳损伤位置有一定的影响；疲劳寿命随铆钉镦头高度的增大呈现先增大后减小的趋势；钉杆长度和镦头高度对热铆连接可靠性有一定影响，存在最佳铆接参数以提高热铆连接的疲劳可靠性。
关键字：热铆连接；疲劳可靠性；疲劳寿命；有限元分析
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中图分类号:U 270.3文献标志码:Ａ
文章编号：1002-2333（2020）01-0101-04dieter rams
Fatigue Reliability Analysis on Hot Riveting Connection of Railway Vehicles
CAO Xinghua,DING Yaping,JIN Wentao,LI Dongfeng
(CRRC Nanjing Puzhen Vehicle Co.,Ltd.,Nanjing 266111,China)
Abstract:Fatigue reliability of hot riveted joints is one of the key factors in the safety of railway vehicles.The finite element model of hot riveting joint is established using ABAQUS,which simulates the deformation process of rivets during hot riveting.According to the force of the rivet during the running of the railway vehicle,the static analysis of the
components after hot riveting is carried out.The fatigue life analysis of the static results is carried out by Miner linear cumulative damage theory and fatigue analysis software FE-SAFE.And the influences of the rivet rod length and the rivet head height on fatigue life are predicted.The results show that the change of the rivet rod length has a certain influence on the position of fatigue damage.The fatigue life increas firstly and then decreas with the increa of the height of the riv
et head.The rivet rod length and the rivet head height have a certain influence on the reliability of the hot rivet
joint.There is an optimum riveting parameters to improve the fatigue reliability of the hot rivet joint.Keywords:hot riveting connection;fatigue reliability;fatigue life;finite element analysis
0引言
son热铆连接作为铁道车辆结构连接的主要方式之一，其连接质量直接关系到车辆的安全运行。铆接的失效形式主要有铆钉被剪断、被连接件被剪坏、钉孔接触面、被压溃板沿钉孔被拉断、板边被撕裂。这些失效形式大都是由于压铆成型过程的残余应力和疲劳损伤引起的。
国内外对铆接的成型过程和疲劳可靠性进行了大量研究。Xu 等[1]提出了一种SPH-FEM 混合数值模型，用于预测Mg /Al 的FSBR 搭接接头的搅拌效果；在该模型中，仅模拟了铆钉插入过程，并未考虑心轴拉伸过程。Kuzawa 等[2]提出了一种全面的，实验支持的疲劳评估程序，专门用于旧铆接公路桥梁；田冬凤[3]通过建立铆接构件有限元模型进行铆接变形的数值模拟，并针对铆接疲劳强度的关键因素进行铆接质量的影响规律分析，给出了铆接关键参数的控制指标；丁阳喜[4]基于Monte Carlo 模拟法，计算转向架构架的可靠度及参数灵敏度，分析得到空气弹簧部位的载荷变量和材料的许用疲劳强度变量对构架的疲劳强度可靠性影响较灵敏。
本文通过分析热铆变形过程和疲劳可靠性理论，结合有限元分析软件ABAQUS 进行热铆连接过程模拟和静力学分析，并用疲劳分析软件FE-SAFE 对ABAQUS 的数值结果进行疲劳寿命预测，最后改变热铆连接时的钉杆
长度和镦头高度，研究热铆参数对铆接疲劳寿命的影响。1热铆变形分析和疲劳可靠性理论小母猪
1）热铆变形分析。热铆过程中，在温度和冲头压力的
作用下，铆钉发生塑性变形，钉杆开始膨胀镦粗，由于钉杆受到铆接件孔径的约束，根据金属塑性成型质点的流动规律，金属向阻力最小方向流动，钉杆塑性变形形成镦头[5]。当冲头离开时，钉杆有一定的弹性回复，随着温度的降低，钉杆长度方向收缩，增加了铆接件间的正压力。
圆头铆钉的墩粗过程中，圆柱外形发生畸变，冲模为半圆形模具，金属流受冲头约束，逐渐充满模具，最终形成半圆形镦头。
2）Miner 线性累积损伤理论。疲劳是部件由于循环载
新东方培训荷引起的局部损伤的过程[6]。材料在反复加载的作用下，即使把应力幅度严格控制在材料的弹性范围以内，也总会发生断裂，即会发生疲劳损坏。这是一个由包括部件裂纹萌生、扩展和最终断裂等组成的累积过程所导致产生的综合结果。
若构件在某恒幅交变应力范围S 作用下，循环破坏的
寿命为N ，则可以定义其在经受n 次循环时的损伤为D=n /N ，当n =0时D =0；n=N 时D =1，发生破坏。构件在应力范围S i 作用下经受n i 次循环的损伤为D i =n i /N i .则在k 个应力范围S i 作用下，各经受n i 次循环则可定义其总损伤为
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