Fatigue evaluation of bus welded joints under realistic loading: a dual-criterion approach

Abstract

Fatigue failures in vehicles and their structural parts due to random loading represent a major concern in product development, particularly during the design phase. In this context, the aim of the present study is twofold. First, it seeks to optimise the fatigue life of a specific case study - namely, a welded joint in the thin-walled profiles of a bus bodywork - by evaluating three different geometric variants of the joint. This optimisation is carried out using a time-domain random fatigue criterion. The analysis begins with experimental service stress-time histories recorded at the critical location of the bus bodywork, corresponding to two distinct travelled road types and two loading conditions. These data are used in the time-domain fatigue analysis to identify the most suitable welded joint variant capable of meeting the required service fatigue life. Once the optimal joint configuration – identified as variant 1 - is selected, both time-domain and frequency-domain fatigue criteria are applied to predict the fatigue life. This second phase considers four additional service stress-time histories obtained from two specialtesting tracks, under both empty and fully bus loading conditions, in order to evaluate the consistency and reliability of the two fatigue assessment approaches.

Únavové poruchy vozidel a jejich konstrukčních částí způsobené náhodným zatížením představují významný problém při vývoji výrobků, zejména ve fázi návrhu. Cílem této studie je v tomto kontextu dvojí. Za prvé usiluje o optimalizaci únavové životnosti konkrétního případu – svařovaného spoje v tenkostěnných profilech karoserie autobusu – a to vyhodnocením tří různých geometrických variant tohoto spoje. Optimalizace je prováděna pomocí kritéria náhodné únavy v časové oblasti.Analýza začíná experimentálním záznamem průběhů napětí v čase na kritickém místě karoserie autobusu, které odpovídá dvěma odlišným typům projetých komunikací a dvěma zatěžovacím stavům. Tato data jsou využita v časově-oblastní únavové analýze k určení nejvhodnější varianty svařovaného spoje, která splní požadovanou provozní únavovou životnost. Po výběru optimální konfigurace spoje – označené jako varianta 1 – jsou pro předpověď únavové životnosti použita jak kritéria v časové, tak ve frekvenční oblasti.Tato druhá fáze zahrnuje čtyři další záznamy průběhů napětí v čase získané na dvou speciálních zkušebních tratích, a to při jízdě s prázdným i plně zatíženým autobusem, s cílem vyhodnotit shodu a spolehlivost obou přístupů k hodnocení únavy.