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图书分类

Book classification
  1. 本书是一本学术著作,也可作为本科和研究生教材。本书主要介绍高速列车残余应力的主要检测方法、高速列车生产制造过程中的残余应力、残余应力形成对应力腐蚀失效的影响、残余应力形成对疲劳失效的影响、残余应力的设计及控制等内容。本书是基于大量现场试验和理论研究所得,可为高速列车车体设计、制造、工艺优化、安全可靠性评价提供基础数据和理论指导,也可为大型铝合金结构设计、制造、工艺优化作重要参考。
  2. 作为代表中国高端装备制造的亮丽名片──高速列车是高速铁路的技术核心,它涉及材料科学、机械科学、信息科学、管理科学等众多科学领域,是尖端科技的优质产物。日本研制了新干线高速动车组,设计最高商业运营速度320km/h,试验运营速度360km/h;德国研制了ICE高速列车,设计最高商业运营速度330km/h;法国研制了TGV高速列车,设计速度达到350km/h,最高运营速度也达到300km/h,创造了574.8km/h的试验运行速度。中国高速铁路经过几年的大发展,成功研制了运行速度200km/h、300km/h的380A、380B、CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6型高速列车及城际动车组,创造了486.1km/h的试验运行速度。中国已经成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最快、在建规模最大的国家。目前,我国高铁已经陆续开通了京津、武广、京沪、哈大等线路,运营里程已经达到9356km,在建里程1.7万千米,为缓解我国的客运、货运压力提供了巨大的支持。
    车体是高速列车的关键系统,高速列车车体结构主要包括底架组成、侧墙组成、车顶组成、端墙组成、车下设备舱及车顶设备组成等。车体底架有的是由底架前端、地板及底架边梁组成,有的是由牵引梁、枕梁、侧梁(边梁)、端梁、横梁和地板等组成。高速列车车体结构承受了大量的复杂载荷作用,既有由于自身质量、整备质量而引起的垂直载荷作用,又有由于列车运行等所产生的牵引和压缩力造成的纵向载荷,还有大风对侧墙造成的侧向载荷以及隧道条件下的气密载荷。由于速度的提升,尤其是在车速350km/h以上高速条件下,车体承受的轮轨激励和气动载荷等激励更为复杂,车体的安全性、可靠性和舒适性等性能要求更为突出。目前,国内外均刚开始大规模进行车速350km/h以上高速列车的运营工作,因此可供参考的完善的车体设计、制造、试验与评估等相关标准和规范较为缺乏,开展高速列车车体技术的研究是支撑我国高速铁路装备快速发展壮大,增强我国轨道列车装备的企业自主创新能力和产业核心竞争的迫切需求。
    西南交通大学轨道交通材料工程中心(筹)近年来参与了大量的高速列车研发、设计、试验、在线跟踪等基础研究工作,尤其是参与了CRH2A、CRH2 380A、CRH3 380B、CRH6城际动车组及中国标准高速列车的研究工作,积累了大量的基础试验研究数据,取得了一定的研究成果及进展。
    本书主要介绍高速列车中的残余应力。这些研究成果是西南交通大学轨道交通材料工程中心(筹)中的“轨道交通关键材料及服役安全评价技术四川省青年科技创新研究团队”经过大量的数据分析、总结、研究的基础上整理出的最新科研成果。
    本书同时参考了国内外进行残余应力研究的专家学者提供的大量经典文献资料,在此向援引的参考文献作者表示衷心的感谢。
    全书主体内容由陈辉教授立项和组织编写,苟国庆副教授统稿,多伦多大学王执锐教授主审。全书共分为9章:第1章由陈辉教授、王元良教授编写;第2章由苟国庆副教授编写;第3章由陈辉教授、马传平博士、于金朋博士编写;第4章由王执锐教授、苟国庆副教授、陈佳讲师编写;第5章由王晓敏副教授编写;第6章由陈辉教授、王晓敏副教授编写;第7章由朱忠尹博士、陈静青博士、张志毅博士编写;第8章由陈辉教授、苟国庆副教授编写;第9章由苟国庆副教授、马传平博士编写。覃超、朱其猛、安江丽等同学参与了全文书稿文字的校对及图片的整理工作。
    感谢国家重点基础研究计划(面向广域环境的高速列车先进焊接设计基础研究,2014CB660807)、国家科技支撑计划(下一代地铁列车关键技术研究及样车制造,2015BAG12B01)和中央高校基本科研业务经费(残余应力对铝合金车体腐蚀损伤的影响及控制技术研究,2682014CX003)、(残余应力对车体铝合金焊接接头承载性能的影响研究,2682014BR004)对本书部分研究内容的资助。
    同时,本书得到了中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中车唐山轨道客车有限责任公司、中车南京浦镇车辆有限公司对相关研究项目的支持。在本书的规划和编写过程中,美国爱迪生焊接研究所杨愉平首席工程师以及西南交通大学王一戎教授提出了很多宝贵的建议,这些建议一一体现在内容的编排和对问题的深入探讨中。
    在全书的撰写过程中,本书作者团队力求使本书能够较为全面地反映高速列车中的残余应力基础研究以及工程应用研究。但由于作者知识水平与认识能力有限,加之部分研究成果尚有待于进一步更新和开展深入研究,书中难免存在疏漏和分析偏颇之处,请读者批评指正,以便进一步完善。



    作  者
    2015年8月
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  1. 1  高速列车车体结构特点 1
    1.1  高速列车的铝合金车体结构 1
    1.2  高速列车焊接技术特点 4
    1.3  高速列车铝合金焊接接头和结构特点 5
    2  高速列车残余应力的主要检测方法及测试结果举例 13
    2.1  切条法 14
    2.2  钻孔应变释放法 16
    2.3  X射线法 20
    2.4  超声波法 32
    2.5  各种方法之间的异同点及互补性 36
    3  高速列车生产制造过程中的残余应力 39
    3.1  高速列车生产制造流程 39
    3.2  铝合金车体制造过程残余应力 40
    3.3  转向架构架制造过程残余应力 45
    4  残余应力对高速列车关键结构件断裂行为的影响 54
    4.1  铝合金焊接接头的设计 54
    4.2  金属的疲劳强度 55
    4.3  铝合金焊接接头疲劳性能 58
    4.4  提高焊接结构疲劳强度的方法 59
    4.5  残余应力在循环交变载荷过程中的变化 60
    4.6  残余应力对铝合金及其焊接接头疲劳性能的影响 75
    4.7  残余应力对断裂韧性的影响 78
    4.8  残余应力对低应力脆性破坏的影响 81
    4.9  残余应力对应力强度因子幅值?K的影响 82
    4.10  残余应力对疲劳裂纹扩展速率的影响 83
    4.11  运用粗糙集分析列车安全可靠性 84
    5  高速列车铝合金及焊接接头应力腐蚀失效 88
    5.1  车体铝合金零部件的应力腐蚀失效 88
    5.2  车体某铝合金焊接接头应力腐蚀失效 96
    5.3  残余应力对车体某铝合金焊接部件应力腐蚀失效的影响 104
    6  车体铝合金及焊接接头的应力腐蚀性能及其与残余应力的关系 109
    6.1  高速列车车体铝合金焊接结构的腐蚀性能 109
    6.2  高速列车焊接结构的应力腐蚀性能 122
    6.3  残余应力对高速列车焊接结构的应力腐蚀寿命的影响 132
    7  高速列车铝合金车体焊接构件残余应力数值模拟 136
    7.1  有限元法与SYSWELD软件 136
    7.2  热源模型 137
    7.3  焊接热弹塑性有限元理论 142
    7.4  标准接头应力计算及验证 147
    7.5  铝合金车体焊接应力场模拟 150
    8  高速列车残余应力的形成、控制及选择 161
    8.1  高速列车残余应力的主要来源 161
    8.2  高速列车残余应力的影响因素 162
    8.3  残余应力对构件服役性能的影响 163
    8.4  高速列车残余应力的主要控制方法 163
    8.5  引入残余应力进行高速列车关键结构件质量检查 192
    8.6  引入残余应力进行高速列车关键结构件结构设计 193
    9  高速列车铝合金车体焊接残余应力分布规律统计 194
    9.1  车体材料及使用特性 194
    9.2  总体残余应力分布规律统计 195
    参考文献 207

     
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