从第一条铁路建成并通车，铁路以其运载质量大、行驶速度快、运营安全节能等优势逐渐成为重要的交通运输方式之一。进入20世纪后，公路、航空、管道等运输方式相继出现，交通运输进入了一个多元化的时代。60年代后，公路和航空运输飞速发展，给铁路运输带来了较大的压力，铁路运输面临严峻的考验，因此提高列车的速度就成为铁路生存和适应社会发展的唯一出路。早在上世纪初，德、日、法等国家就对高速列车的各个相关领域进行了深入的理论探索和试验分析，至80年代铁路高速技术取得了一系列的新突破、新成就，使铁路由传统的机车牵引集中配置进入到动力分散配置的动车时代。
从20世纪80年代开始，日本学者对高速列车轻量化承载结构疲劳强度和可靠性问题进行了广泛的理论、实验室试验和线路试验研究，提出承载结构疲劳设计的工程方法和延长其使用寿命的理论方法。在工程上，对于设计阶段的车辆承载结构，主要依据JIS标准规定的载荷工况及载荷组合，利用Haigh形式的Goodman曲线对整体结构进行静强度和疲劳强度分析；对焊接结构细节根据日本钢结构协会疲劳设计指南给出的疲劳设计曲线(即S-N曲线)进一步考核。同时进行概率设计或按疲劳损伤理论计算当量应力实施评估。
在欧洲，通过大量的车辆线路运行试验，国际铁路联盟(UIC)和欧洲标准(EN)试验中心专家委员会发布了大量车辆承载结构设计载荷、载荷工况组合和强度试验的研究报告，制定出了相关的设计和试验标准。在车辆承载结构设计阶段，在上述相关标准的基础上，各国结合自身实际情况对承载结构进行强度考核。
我国在高速列车关键技术预研究阶段，由于结构强度设计和试验标准滞后于车辆技术发展，在承载结构设计阶段，主要根据服役环境和现有相关设计标准对设计产品进行静强度和疲劳强度分析。
高速列车的转向架构架是确保行车安全的重要部件，在运营过程中转向架构架在连续随机应力的长期作用下，构架上应变及应力过高的部位会逐渐形成损伤并积累，当积累达到一定程度时就会出现疲劳破坏，可能导致行车安全事故的发生。构架作为铁道车辆的关键组成部分，其结构强度及疲劳寿命得到了广泛的关注。构架的结构静强度可以通过计算在设计阶段得到，传统的转向架构架设计方法通过安全系数保证足够的静强度；对于动载荷作用下构架的疲劳强度，只能在设计结束并制造出构架实体后，对其进行疲劳试验测出相关数据后才能得到。
疲劳是指在交变载荷的作用下，材料或结构形成裂纹，之后裂纹扩展直至发生断裂的过程。交变载荷又称为疲劳载荷，可以分为周期性和非周期性两种类型，具有周期特性的疲劳载荷在每一周期内含有一个完整的变化过程，结构相对于每个周期也会出现相应的应力循环过程。图1.1描述了应力循环的各参数。
图1.1应力循环参数定义
(a)R=1静应力 (b)R=-1对称循环应力
(c)R=0脉动循环应力 （d）R=其它非对称循环应力
图1.2循环应力类型
根据应力比的不同可以对循环应力进行分类，当R=1时，最大应力与最小应力大小相等，表现为静应力特征；当R=-1时，最大应力与最小应力大小相等方向相反，称之为对称循环应力；当R=0时，即最小应力大小为0，称之为脉动循环应力；当R为0和±1以外的任意值时，称之为非对称循环应力。上述四类循环应力分别如图1.2(a)~(d)所示。
目前转向架构架静强度评价标准主要有国际铁路联盟标准（UIC515-4、UIC615-4），欧洲标准（EN13749），日本工业标准（JISE4207、JISE4208）。其中，UIC515-4、UIC615-4中规定静强度试验分为3部分：超常载荷静强度试验，模拟运营主要载荷静强度试验，模拟运营局部载荷静强度试验；EN13749将静强度试验分为2部分：超常载荷静强度试验，正常运营载荷静强度试验；JISE4207、JISE4208只有相当于模拟运营载荷的静强度试验。由于国际铁路联盟标准考虑的更全面更具体，下面重点介绍一下国际铁路联盟标准的具体内容。
UIC标准中，关于转向架构架的静强度试验载荷包括特殊载荷试验和模拟运营载荷试验，。特殊载荷下的静力试验的目的是验证在运用时可能出现的最大载荷的共同作用下，转向架构架没有持续永久变形的危险；模拟运营载荷试验的目的是验证在运用时碰到的主要力作用下(垂直、横向、线路扭转)，没有出现疲劳裂缝的危险。
构架按照UIC515-4、UIC615-4和EN13749标准进行静强度和疲劳强度试验，分别施加垂向载荷、斜对称载荷（扭转载荷）、纵向载荷、横向载荷、等构架主体载荷，通过应变片测试各测点应变，继而得到各部位应力，进行静强度与疲劳强度评价。
论文作者:张子阳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/17
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