鐵道車輛在實際運行過程中，承受復雜多變的多軸載荷，疲勞破壞是其主要的失效形式。由于動車組的運行速度非常高，動車組關鍵承載部件的受載情況也非常惡劣。在隨機應力的長期作用下，承載部件從應力較高的局部開始形成損傷并逐漸積累，當損傷達到一定程度，就會導致疲勞破壞，嚴重危及行車安全。1988年德國ICE高速列車發生的高鐵事故，讓世界人民意識到鐵路安全穩定的重要性。在我國，近年來投入運營的重載列車、準高速和高速列車中，也時有影響列車安全運行的關鍵承載部件發生疲勞破壞，給我國車輛制造產業及鐵路運輸帶來巨大的經濟損失。因此，在提高速度的同時，加強鐵道機車車輛承載結構的疲勞強度可靠性就顯的越來越重要，車輛疲勞問題的解決是鐵路安全運輸的迫切需求，避免車輛結構疲勞破壞己成為設計和分析校核中的必要課題。

車輛疲勞分析中的一個重要而復雜的方面是焊縫疲勞評價，焊縫的力學性能一般并不低于母材，由于焊接缺陷、應力集中及殘余應為等的存在，其承受交變動載時的承載能力卻遠遠低于母材。因此，焊接結構的抗疲勞特性由焊縫的疲勞性能決定。自提速以來，我國機車車輛焊接結構在投入運用以后，存在部分承載結構發生疲勞破壞的現象，尤其是走行部焊接結構的疲勞破壞造成了巨大的財產與生命損失。例如，CW-2轉向架構架出現疲勞裂絞與構架側梁撕裂、206轉向架鑄造構架轉臂軸箱定位座斷裂及廣深藍箭動車組齒輪箱與電機連接螺栓疲勞斷裂等。這些故障使企業產生了巨大的人力和物力損失。因此，使用正確的結構設計準則和更合理的應力評估方法進行結構（尤其是焊接結構）的疲勞強度評價，對保證焊接結構的安全性和可靠性至關重要。

目前，我國機車車輛各關鍵承載部件的強度設計主要依據TB/T1335-1996《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》、TB/T2368-2005《動為轉向架構架強度試驗方法》和《200km/h及以上速度等級鐵路車輛強度設計及試驗鑒定替行規范》。這些標準和規范的制定都以UIC標準為基礎，其中疲勞強度的評估主要是參照ERRI（European Rail Research Institute）B12/RP17報告給出的方法和Goodman曲線進行評定，其中疲勞分析方法尤其是焊縫疲勞評價相對薄弱。

部分軌道車輛企業從設計實際出發，同時也作為參與國際競爭的必要條件，開始參照國外相關標準，如國際鐵路聯盟（UIC）、德國標準（DIN）、歐洲標準（EN）等規范。但是通過規范評價焊縫疲勞十分復雜，涉及有限元模型焊縫識別、提取單元應力、參照焊縫方向變換單元坐標、應力線性化、應力插值和外推、雨流計數、按照不同焊接形式生成SN曲線、確定修正系數等一系列操作，不僅耗時而且容易出現操作失誤，一旦出現操作疏失，從結果上很難發現，卻會造成嚴重后果。鐵路機車結構一般非常復雜，即使只進行焊縫疲勞評價，往往一個模型中會包含幾十條焊縫和幾十種工況，這種情況下，通過工程師在有限元結果上手工操作進行焊縫評價幾乎不可能。因此，亟需一個自動應力評價軟件，能自動、準確的完成應力評價尤其是焊縫應力評價任務。

LIMIT就是針對這一需求開發的自動應力評價軟件。它在焊縫評價方面有突出的優勢，能完成自動焊縫識別、應力提取、轉化、插值等工作，并進行雨流計數和工況組合，最終依據規范得到焊縫疲勞分析結果。

同時，LIMIT支持豐富的歐美規范，并提供對這些規范中涉及的評價方式的全面支持：

? 疲勞強度：

o DVS1612
o DVS1608
o DIN15018
o EN13001
o Dang Van
o FKM (5TH and 6TH Edition)

? 有限壽命疲勞/疲勞強度：

o DIN15018
o EN13001
o FKM
o EC3
o EC9
o User-defined S-N curve

? 靜強度：

o FKM
o EC3
o DVS1612
o DVS1608
o EN13001

LIMIT對不同單元類型都提供了良好的支持：

?殼單元（SHELL）
?實體單元（2D，3D）
?膜單元

尤其是對實體單元，LIMIT獨有的Senor技術可以快速建立焊縫模型，并對實體單元應力進行處理得到名義應力和結構熱點應力，并在最后清晰顯示盈利評價結果。

LIMIT提供了豐富的求解器支持：

?Abaqus: .fil or .odb files
?Nastran: .op2 file
?NX Nastran: .op2 file
?ANSYS: .rst file
?CATIA: special text files
?SolidWorks: .lswx-files

除了焊縫應力，LIMIT還可以完成基材的疲勞評價，支持平均應力修正和多軸應力修正。

LIMIT前處理模塊LIMIT-CAE

LIMIT-CAE是LIMIT軟件的前后處理模塊，也是建模，分析和仿真的人機交互平臺。使用者在該模塊中可以進行模型讀入，模型查看，模型編輯，自動焊縫識別，評價標準選擇和設置、自動報告生成、運行用戶腳本等功能。該模塊可以進一步將生成的模型投入到后臺的LIMIT-SOLVER求解模塊運行，對運行情況進行監測。

LIMIT后處理模塊LIMIT-VIEWER

LIMIT-VIEWER的后處理支持LIMIT分析模塊的所有功能，對計算結果的描述和解釋提供了范圍很廣的選擇，可根據選用的評價標準顯示利用度、安全系數、壽命等信息。除了通常的云圖，還可進行數據提取、最大數值標注等。

LIMIT求解器LIMIT-SOLVER

LIMIT求解器直接讀入前處理模塊LIMIT-CAE生成的輸入文件，計算后生成輸出文件，通過后處理模塊LIMIT-VIEWER模塊查看。LIMIT求解器支持一系列應力評價標準。

DVS1612/DVS1608規范評價模塊

DVS1612規程是《鐵路車輛結構焊接接頭設計和疲勞強度評估》，DVS1608則對應鋁合金材料。該規范結合EN12663和EN13749或UIC規范規定的設計載荷，并結合輝縫實施和質量保證的規范，對車輛用焊接結構的設計和疲勞強度評定提供參考。該規范通過名義應力值和許用疲勞強度值圖（MKJ圖）對焊接接頭和鋼材母材以與應力比和缺口沖擊強度曲線的關系作為最大應力和上限應力說明允許的疲勞強度值。這些疲勞強度值也可以用于軌道車輛制造中應用的其它鋼材。MKJ圖允許的疲勞強度值包括安全因數1.5，因此大約對應于存活概率99.5%，2×106次循環的疲勞強度值。最新版（2014版）還加入了平均應力修正的內容。LIMIT的DVS求解模塊基于最新版的DVS1612和1608規范，支持其中全部的評價方式、修正方式和焊接接頭形式。

FKM規范評價模塊

德國機械標準協會提出的FKM Guideline適用于鋼和鋁合金的焊接及非焊接結構的強度和疲勞評估問題。該設計規范考慮了對機械構件強度產生影響的大部分參數，在歐洲軌道交通領域得到了廣泛的應用。尤其是近幾年，該規范已經成為德國、奧地利和瑞士機械行業的通用應力評價規范。FKM設計方法在評估焊接接頭的疲勞強度時，使用的是節點載荷循環過程中的最大應力幅，并考慮平均應力及殘余應力的影響；FKM設計方法認為應該對沿焊縫方向的正應力，垂直于焊縫方向的正應力及沿焊縫方向的剪應力三向應力的利用度分別進行評估，最后計算接頭的綜合材料利用度DoU。

LIMIT的FKM規范評價模塊全面實現了FKM規范中的全部評價方式，包括完整的FKM材料庫數據和溫度修正系數，焊接接頭形式的SN曲線。LIMIT2017版針對最新版的FKM規范（第六版）作了全面修正，全面支持最新版FKM規范的修正。

Eurocode 3規范評價模塊

歐洲鋼結構設計規范EN 1993-1-9 （Eurocode 3）是在分析大量的試驗結果的基礎上給出了評估承受動載荷的構件及接頭的貌疲勞設計方法。規范給出了80種鋼結構（碳鋼、碳猛鋼和細晶粒鋼）焊接接頭的數據，以及57種鍋合金輝接接頭的S-N曲線的數據。規范模塊支持使用名義應力、結構熱點應力和缺口應力評價方法。這些方法考慮了結構的幾何尺寸、生產和制造引起的缺陷及接頭的細節特征對結構抗疲勞性能的影響。規范對母材及焊縫的疲勞設計方法進行了分類說明。對于焊縫，按照規范要求評估垂直于焊縫軸線的組合正應力及沿焊縫軸線的剪應力。LIMIT包含規范里面規定的全部焊接接頭形式的名義應力和結構熱點應力評價方式、材料數據庫以及各項修正因數。

DIN15018和EN13001規范評價模塊

DIN15018規范是德國標準《重機剛結構計算原則》，EN13001是《重機設計標準》。這兩種規范在重型機械領域應用廣泛，標準中通過名義應力法進行基材和焊縫的疲勞壽命評價。LIMIT對這兩種規范提供全面的支持。

自定義準則評價模塊

LIMIT保留了靈活的接口，用戶可使用自定義SN曲線進行疲勞評價，評價方法可以基于名義應力、結構熱點應力或者是缺口應力。

并行計算模塊

LIMIT求解器提供了強大的并行功能，它能夠在全部的分析中使用并行求解。當處理實際問題時，尤其是計算大型機車模型，計算規模的增加非常快，1000萬以上自由度的問題也并不鮮見，而20萬左右自由度的問題在單機上進行計算時，要在合理的時間內得到一個分析結果已經非常困難，這樣單CPU的計算能力已經越來越難以滿足實際計算的需求。而LIMIT求解器能提供近乎線性的并行加速：計算用的核心數增加一倍，計算時間減少一半。

LIMIT求解器支持豐富的有限元求解器接口：

1.Abaqus-ODB
Abaqus接口支持Abaqus輸入文件INP以及Abaqus 6.11——Abaqus 2017中全部版本的odb和fil結果文件的讀取。

2.MSC/Nastran-OP2
Nastran接口支持Nastran的BDF格式的輸入文件和各版本的OP2結果。

3.MSC/MARC
MARC接口可以讀入BDF格式的MARC輸入文件以及T16格式的結果文件。

4.NX-NASTRAN
同MSC/NASTRAN類似，NX-Nastran接口支持Nastran的BDF格式的輸入文件和各版本的OP2結果。

5.ANSYS-RST
ANSYS接口可讀入CDB格式的輸入文件和ANSYS 12——ANSYS 18的RST結果文件。

6.CATIA
CATIA接口可讀入CATIA求解器的文本格式結果文件。

7.SolidWorks
SolidWorks接口支持SolidWorks2014——SolidWorks2016的計算文件和結果文件。

 

LIMIT部分客戶列表

 

鐵路車輛

Bombardier Inc.（龐巴迪）

Liebherr-Transportation Systems GmbH & Co KG（利勃海爾）

Vossloh Locomotives, Kiel（福斯羅）

PESA Bydgoszcz SA, Poland

TUV Rheinland Rail Sciences, Inc., Nebraska, USA

汽車

AUDI, Werkzeugkonstruktion, Germany （德國奧迪）

機械制造

Ludwig Engel KG, Austria

STREICHER Maschinenbau GmbH & Co. KG, Germany

能源

中國航天萬源風電（China Energine International Ltd.）

Gardner Denver Schopfheim GmbH, Germany

航空航天、國防工業

RUAG Schweiz AG, Switzerland

工程咨詢

LogoMotive GmbH, Germany

FEMCOS-Ingenieurbüro mbH, Germany

IFF Engineering & Consulting GmbH, Germany

K + V Ingenieurgesellschaft mbH, Germany

Prisma Engineering, Austria