轨道车辆产品中,为了减重铝合金焊接车体得到了广泛的应用,例如许多地铁车以及绝大多数的高速动车组的车体均采用铝合金制造。
铝焊接结构的疲劳强度设计与结构钢的步骤相同,首先需要提供 S-N 曲线数据,IIW标准提供了一些分级的铝合金焊接接头的 S-N 曲线数据,表4-4是IIW标准中部分铝焊接接头等级分类 [3] 。
图4-4给出了IIW标准铝合金焊接接头的 S-N 曲线族,疲劳等级从FAT=71到FAT=12, S-N 曲线的常数及常幅疲劳极限和截止极限与表4-3类似。
表4-4 IIW标准中部分铝合金焊接接头等级分类
除IIW标准的铝合金 S-N 曲线数据与钢结构的分级值不一致之外,其他内容均可参考上述IIW钢结构疲劳设计与评估标准。
事实上,铝合金车体结构通常是由中空挤压铝合金型材组焊而成的,图4-5给出的是中空挤压铝合金型材地板焊接结构示意,从图中可以看出两个型材连接处的焊接接头的几何形状非常特殊,因此采用IIW标准评估疲劳寿命时,也会像BS 7608标准那样遇到疲劳级别(FAT值)难以“对号入座”的问题。
类似于BS 7608标准,考虑到焊趾处应力集中的重要性,IIW-2008也定义了热点应力,同时还给出了部分焊接接头的FAT级别数据,以及基于有限元应力计算结果的热点应力的外推插值建议。
图4-4 IIW标准铝合金的S-N曲线
图4-5 中空挤压铝合金型材组焊