铁道车辆在实际运行过程中，承受复杂多变的多轴载荷，疲劳破坏是其主要的失效形式。由于动车组的运行速度非常高，动车组关键承载部件的受载情况也非常恶劣。在随机应力的长期作用下，承载部件从应力较高的局部开始形成损伤并逐渐积累，当损伤达到一定程度，就会导致疲劳破坏，严重危及行车安全。1988年德国ICE高速列车发生的高铁事故，让世界人民意识到铁路安全稳定的重要性。在我国，近年来投入运营的重载列车、准高速和高速列车中，也时有影响列车安全运行的关键承载部件发生疲劳破坏，给我国车辆制造产业及铁路运输带来巨大的经济损失。因此，在提高速度的同时，加强铁道机车车辆承载结构的疲劳强度可靠性就显的越来越重要，车辆疲劳问题的解决是铁路安全运输的迫切需求，避免车辆结构疲劳破坏己成为设计和分析校核中的必要课题。

车辆疲劳分析中的一个重要而复杂的方面是焊缝疲劳评价，焊缝的力学性能一般并不低于母材，由于焊接缺陷、应力集中及残余应为等的存在，其承受交变动载时的承载能力却远远低于母材。因此，焊接结构的抗疲劳特性由焊缝的疲劳性能决定。自提速以来，我国机车车辆焊接结构在投入运用以后，存在部分承载结构发生疲劳破坏的现象，尤其是走行部焊接结构的疲劳破坏造成了巨大的财产与生命损失。例如，CW-2转向架构架出现疲劳裂绞与构架侧梁撕裂、206转向架铸造构架转臂轴箱定位座断裂及广深蓝箭动车组齿轮箱与电机连接螺栓疲劳断裂等。这些故障使企业产生了巨大的人力和物力损失。因此，使用正确的结构设计准则和更合理的应力评估方法进行结构（尤其是焊接结构）的疲劳强度评价，对保证焊接结构的安全性和可靠性至关重要。

目前，我国机车车辆各关键承载部件的强度设计主要依据TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》、TB/T2368-2005《动为转向架构架强度试验方法》和《200km/h及以上速度等级铁路车辆强度设计及试验鉴定替行规范》。这些标准和规范的制定都以UIC标准为基础，其中疲劳强度的评估主要是参照ERRI（European Rail Research Institute）B12/RP17报告给出的方法和Goodman曲线进行评定，其中疲劳分析方法尤其是焊缝疲劳评价相对薄弱。

部分轨道车辆企业从设计实际出发，同时也作为参与国际竞争的必要条件，开始参照国外相关标准，如国际铁路联盟（UIC）、德国标准（DIN）、欧洲标准（EN）等规范。但是通过规范评价焊缝疲劳十分复杂，涉及有限元模型焊缝识别、提取单元应力、参照焊缝方向变换单元坐标、应力线性化、应力插值和外推、雨流计数、按照不同焊接形式生成SN曲线、确定修正系数等一系列操作，不仅耗时而且容易出现操作失误，一旦出现操作疏失，从结果上很难发现，却会造成严重后果。铁路机车结构一般非常复杂，即使只进行焊缝疲劳评价，往往一个模型中会包含几十条焊缝和几十种工况，这种情况下，通过工程师在有限元结果上手工操作进行焊缝评价几乎不可能。因此，亟需一个自动应力评价软件，能自动、准确的完成应力评价尤其是焊缝应力评价任务。

LIMIT就是针对这一需求开发的自动应力评价软件。它在焊缝评价方面有突出的优势，能完成自动焊缝识别、应力提取、转化、插值等工作，并进行雨流计数和工况组合，最终依据规范得到焊缝疲劳分析结果。

同时，LIMIT支持丰富的欧美规范，并提供对这些规范中涉及的评价方式的全面支持：

• 疲劳强度：

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

• 有限寿命疲劳/疲劳强度：

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

• 静强度：

o FKM
o EC3
o DVS1612
o DVS1608
o EN13001

LIMIT对不同单元类型都提供了良好的支持：

•壳单元（SHELL）
•实体单元（2D，3D）
•膜单元

尤其是对实体单元，LIMIT独有的Senor技术可以快速建立焊缝模型，并对实体单元应力进行处理得到名义应力和结构热点应力，并在最后清晰显示盈利评价结果。

LIMIT提供了丰富的求解器支持：

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

除了焊缝应力，LIMIT还可以完成基材的疲劳评价，支持平均应力修正和多轴应力修正。

LIMIT前处理模块LIMIT-CAE

LIMIT-CAE是LIMIT软件的前后处理模块，也是建模，分析和仿真的人机交互平台。使用者在该模块中可以进行模型读入，模型查看，模型编辑，自动焊缝识别，评价标准选择和设置、自动报告生成、运行用户脚本等功能。该模块可以进一步将生成的模型投入到后台的LIMIT-SOLVER求解模块运行，对运行情况进行监测。

LIMIT后处理模块LIMIT-VIEWER

LIMIT-VIEWER的后处理支持LIMIT分析模块的所有功能，对计算结果的描述和解释提供了范围很广的选择，可根据选用的评价标准显示利用度、安全系数、寿命等信息。除了通常的云图，还可进行数据提取、最大数值标注等。

LIMIT求解器LIMIT-SOLVER

LIMIT求解器直接读入前处理模块LIMIT-CAE生成的输入文件，计算后生成输出文件，通过后处理模块LIMIT-VIEWER模块查看。LIMIT求解器支持一系列应力评价标准。

DVS1612/DVS1608规范评价模块

DVS1612规程是《铁路车辆结构焊接接头设计和疲劳强度评估》，DVS1608则对应铝合金材料。该规范结合EN12663和EN13749或UIC规范规定的设计载荷，并结合辉缝实施和质量保证的规范，对车辆用焊接结构的设计和疲劳强度评定提供参考。该规范通过名义应力值和许用疲劳强度值图（MKJ图）对焊接接头和钢材母材以与应力比和缺口冲击强度曲线的关系作为最大应力和上限应力说明允许的疲劳强度值。这些疲劳强度值也可以用于轨道车辆制造中应用的其它钢材。MKJ图允许的疲劳强度值包括安全因数1.5，因此大约对应于存活概率99.5%，2×106次循环的疲劳强度值。最新版（2014版）还加入了平均应力修正的内容。LIMIT的DVS求解模块基于最新版的DVS1612和1608规范，支持其中全部的评价方式、修正方式和焊接接头形式。

FKM规范评价模块

德国机械标准协会提出的FKM Guideline适用于钢和铝合金的焊接及非焊接结构的强度和疲劳评估问题。该设计规范考虑了对机械构件强度产生影响的大部分参数，在欧洲轨道交通领域得到了广泛的应用。尤其是近几年，该规范已经成为德国、奥地利和瑞士机械行业的通用应力评价规范。FKM设计方法在评估焊接接头的疲劳强度时，使用的是节点载荷循环过程中的最大应力幅，并考虑平均应力及残余应力的影响；FKM设计方法认为应该对沿焊缝方向的正应力，垂直于焊缝方向的正应力及沿焊缝方向的剪应力三向应力的利用度分别进行评估，最后计算接头的综合材料利用度DoU。

LIMIT的FKM规范评价模块全面实现了FKM规范中的全部评价方式，包括完整的FKM材料库数据和温度修正系数，焊接接头形式的SN曲线。LIMIT2017版针对最新版的FKM规范（第六版）作了全面修正，全面支持最新版FKM规范的修正。

Eurocode 3规范评价模块

欧洲钢结构设计规范EN 1993-1-9 （Eurocode 3）是在分析大量的试验结果的基础上给出了评估承受动载荷的构件及接头的貌疲劳设计方法。规范给出了80种钢结构（碳钢、碳猛钢和细晶粒钢）焊接接头的数据，以及57种锅合金辉接接头的S-N曲线的数据。规范模块支持使用名义应力、结构热点应力和缺口应力评价方法。这些方法考虑了结构的几何尺寸、生产和制造引起的缺陷及接头的细节特征对结构抗疲劳性能的影响。规范对母材及焊缝的疲劳设计方法进行了分类说明。对于焊缝，按照规范要求评估垂直于焊缝轴线的组合正应力及沿焊缝轴线的剪应力。LIMIT包含规范里面规定的全部焊接接头形式的名义应力和结构热点应力评价方式、材料数据库以及各项修正因数。

DIN15018和EN13001规范评价模块

DIN15018规范是德国标准《重机刚结构计算原则》，EN13001是《重机设计标准》。这两种规范在重型机械领域应用广泛，标准中通过名义应力法进行基材和焊缝的疲劳寿命评价。LIMIT对这两种规范提供全面的支持。

自定义准则评价模块

LIMIT保留了灵活的接口，用户可使用自定义SN曲线进行疲劳评价，评价方法可以基于名义应力、结构热点应力或者是缺口应力。

并行计算模块

LIMIT求解器提供了强大的并行功能，它能够在全部的分析中使用并行求解。当处理实际问题时，尤其是计算大型机车模型，计算规模的增加非常快，1000万以上自由度的问题也并不鲜见，而20万左右自由度的问题在单机上进行计算时，要在合理的时间内得到一个分析结果已经非常困难，这样单CPU的计算能力已经越来越难以满足实际计算的需求。而LIMIT求解器能提供近乎线性的并行加速：计算用的核心数增加一倍，计算时间减少一半。

LIMIT求解器支持丰富的有限元求解器接口：

1.Abaqus-ODB
Abaqus接口支持Abaqus输入文件INP以及Abaqus 6.11——Abaqus 2017中全部版本的odb和fil结果文件的读取。

2.MSC/Nastran-OP2
Nastran接口支持Nastran的BDF格式的输入文件和各版本的OP2结果。

3.MSC/MARC
MARC接口可以读入BDF格式的MARC输入文件以及T16格式的结果文件。

4.NX-NASTRAN
同MSC/NASTRAN类似，NX-Nastran接口支持Nastran的BDF格式的输入文件和各版本的OP2结果。

5.ANSYS-RST
ANSYS接口可读入CDB格式的输入文件和ANSYS 12——ANSYS 18的RST结果文件。

6.CATIA
CATIA接口可读入CATIA求解器的文本格式结果文件。

7.SolidWorks
SolidWorks接口支持SolidWorks2014——SolidWorks2016的计算文件和结果文件。

 

LIMIT部分客户列表

 

铁路车辆

Bombardier Inc.（庞巴迪）

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

Vossloh Locomotives, Kiel（福斯罗）

PESA Bydgoszcz SA, Poland

TUV Rheinland Rail Sciences, Inc., Nebraska, USA

汽车

AUDI, Werkzeugkonstruktion, Germany （德国奥迪）

机械制造

Ludwig Engel KG, Austria

STREICHER Maschinenbau GmbH & Co. KG, Germany

能源

中国航天万源风电（China Energine International Ltd.）

Gardner Denver Schopfheim GmbH, Germany

航空航天、国防工业

RUAG Schweiz AG, Switzerland

工程咨询

LogoMotive GmbH, Germany

FEMCOS-Ingenieurbüro mbH, Germany

IFF Engineering & Consulting GmbH, Germany

K + V Ingenieurgesellschaft mbH, Germany

Prisma Engineering, Austria