高速列车TC4钛合金焊接构架强度及寿命评估 习文顺.pdf

第 43 卷  第 5 期 焊     接     学     报 Vol.43(5):29 − 35
2022 年 5 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION May     2022
 
高速列车TC4钛合金焊接构架强度及寿命评估
****文顺1， 任鑫焱1， 张金元1,2， 郭峰1， 吴圣川1， 李忠文3， 韩晓辉3
(1. 西南交通大学, 牵引动力国家重点实验室, 成都, 610031； 2. 中航西安飞机工业集团股份有限公司, 西安, 710000；
3. 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 青岛, 266111)
摘要： 对TC4钛合金进行TIG电弧焊接试验，获取了TC4钛合金母材和焊接接头的硬度分布、基本力学和高周疲
劳性能；建立含有假轴的钛合金焊接构架有限元仿真模型，分别校核了新型TC4钛合金和现役S355耐候钢构架的
静强度和疲劳强度；基于实测疲劳载荷谱和线性Miner疲劳累积损伤理论，分别评估了TC4钛合金和S355耐候钢
构架的疲劳寿命. 结果表明，钛合金和耐候钢构架的最小静强度安全系数分别为2.8和1.5，均大于安全系数阈值，
满足设计要求；此外，钛合金和耐候钢构架临界安全部位均位于修正Goodman疲劳极限图的包络范围之内，满足
设计要求，且TC4钛合金Goodman疲劳极限图的包络空间远大于S355耐候钢. 在典型8级载荷谱下，若以年运
营30 × 107 m估计，构架各关键部位均满足服役寿命35年的设计要求，且TC4钛合金构架估算年限约为S355耐
候钢构架的2倍. 研究结果为更高速度和更高安全等级转向架构架的强度及结构设计提供科学依据.
创新点： (1) 将新型TC4钛合金运用于转向架焊接构架.
              (2)对含有假轴的TC4钛合金焊接构架进行强度及寿命评估，发现TC4钛合金构架的最小静强度安全系
数及估算寿命约为S355耐候钢构架的2倍，且TC4钛合金构架的疲劳强度安全裕度远大于S355耐候钢构架.
关键词： 焊接构架；S355耐候钢；疲劳强度；疲劳寿命；高速列车
中图分类号：TG 444           文献标识码：A           doi：10.12073/j.hjxb.20210930001
 
一种钛合金列车连接件的应用，该钛合金连接件具
0    序言 有承载能力高、耐低温能力强和比强度高的优点.
Cui等人[6]介绍了钛合金在车辆、航空航天、军事
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