基于网格不敏感结构应力的焊接结构疲劳设计基础研究

焊接结构是轨道车辆中应用最为广泛的一种结构形式。随着铁路运输向高速化、重载化发展，对焊接结构承受动载荷的要求越来越高，其疲劳破坏呈现出显著增加的趋势，迫切需要对其疲劳设计及评价方法等可靠性设计基础进行深入研究。本项目以对焊接结构疲劳性能要求最高的轨道车辆制造为应用背景，针对目前轨道车辆焊接结构疲劳设计与评价常用方法中网格敏感性和S-N曲线选择的不确定性等问题，采用理论、试验和数值模拟相结合的研究方法，基于网格不敏感结构应力法和粗糙集理论等数学方法，研究焊接接头几何形状、焊接方法与工艺参数、材料性能和焊后处理方法等主要因素对焊接接头疲劳寿命基于统计的定量贡献；在此基础上，建立基于网格不敏感结构应力的S-N曲线模型和应力参数模型，并在模型优化基础上实现其算法设计；建立实际复杂焊接接头与接头标准疲劳试样的疲劳评估映射关系机理和模型，以期为焊接结构的疲劳可靠性设计奠定理论和应用基础。

针对轨道车辆焊接结构疲劳设计与评价常用方法中网格敏感性和S-N曲线选择的不确定性等问题，采用理论、试验和数值模拟相结合的研究方法，基于网格不敏感结构应力法和粗糙集理论等数学方法，研究了焊接接头几何形状、焊接方法与工艺参数、材料性能和焊后处理方法等主要因素对焊接接头疲劳寿命基于统计的定量贡献；实现了对等效结构应力模型的参数优化，提出了基于疲劳特征域的铝合金焊接疲劳S-N曲线建模方法；将粗糙集知识粒度理论与神经网络技术相集成，建立了基于混合智能技术的焊接结构疲劳寿命预测模型，并且分别采用改进粒子群算法和蚁群算法对BP神经网络进行优化。相关研究成果以软件形式实现了固化和应用。