《高速列車焊接構架抗疲勞斷裂可視化設計軟體研發》是依託西南交通大學，由吳聖川擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高速列車焊接構架抗疲勞斷裂可視化設計軟體研發
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳聖川
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
重大裝備服役的突出問題是疲勞斷裂，能否可靠預測和追溯焊接缺陷的損傷演變是關鍵節點。當前轉向架構架設計採用名義應力法，未考慮焊接缺陷致應力集中的放大性作用，是制約動車組安全服役及輕量化的根源。本項目引入斷裂力學理論，在最新AAR、UIC、IIW、JIS和鐵標下，改進格線分層加密算法、超鬆弛疊代預處理共軛梯度及考慮裂紋閉合和應力比的壽命模型，引入自主軟體ALOF成熟框架和面向對象/構件的設計技術（VC++、UML、XML、MFC、VTK、OCC等），重點通過加強形函式開發高精度的單純形格線D-XFEM開裂算法，探索矩陣疊代的最優預條件子實現百萬級自由度求解規模，最終形成一套三維可視化抗疲勞斷裂設計及仿真系統，確保能在典型製造缺陷和工況、焊縫細節及材料類型下高效準確評估焊接結構的疲勞斷裂行為及剩餘壽命，為我國高速列車焊接構架及其他大型工程結構的抗疲勞斷裂設計和安全運行提供重要理論支撐和科學依據。
結題摘要
本項目針對重大裝備服役的機率疲勞斷裂這一突出問題，以準確、高效預測缺陷演化仿真計算的關鍵節點，開展了以下工作：闡明當前高速轉向架構架基於名義應力的無限壽命設計方法的不足，提出把傳統設計方法與基於斷裂力學的損傷容限設計方法結合起來的兩級服役行為評估技術，為此開發了高效高精度裂紋尖端斷裂力學計算算法VP-XFEM和裂紋擴展速率模型iLAPS，集成構架用材料的基本力學、疲勞和斷裂力學性能參數，統計焊接中可能的致命缺陷並開發專用接頭細節選單及兼容於ABAQUS軟體等商業平台的通用數據接口，突破既有軟體ALOF框架和設計技術，研製出高鐵領域第一款損傷容限設計軟體SinCrack。截至2019年底，發表正式期刊論文43篇（其中SCI檢索24篇，單篇最高Google Scholar引用50次，併入選Eng Fract Mech近5年高被引論文）、會議論文15篇、會議報告33場次，國家專利授權10件、軟體著作權3件，專著3部，部分成果獲得2019年四川省科技進步二等獎（第一完成人），並直接套用於中國高速列車運維中。項目負責人入選第十二批四川省學術與技術帶頭人後備人選，唐立新優秀學者獎等榮譽稱號，在國內外會議做特邀報告6次，受聘擔任國際頂尖SCI期刊Int J Fatigue和Comput Sci Eng客座主編及《失效分析與預防》編委，受留學基金委全額資助赴英國曼徹斯特大學做高級訪問學者半年。培養博士研究生4人、碩士研究生7人，在國內外鐵路結構強度疲勞可靠性領域具有廣泛影響力。在項目開展中，根據材料與結構的缺陷檢測評定發展趨勢，準確把握國際材料與力學研究前沿，開展實驗力學理論研究，結合高速鐵路技術、新材料技術和重大裝備製造技術等國家重大需求開展工程套用研究，提出並在國內率先實踐“基於同步輻射X射線成像的三維缺陷原位演化表征”這一全新研究方向，有助於為解決國家重大裝備與工程中的關鍵力學問題提供新的思路和方法。
