疲勞分析流程-fatigue實(shí)用文檔

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摘要:疲勞破壞是結(jié)構(gòu)的主要失效形式,疲勞失效研究在結(jié)構(gòu)安全分析中扮演著舉足輕重的角色。因此結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命是其強(qiáng)度和可靠性研究的主要內(nèi)容之一.機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)必須服從一定的疲勞機(jī)理,并在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性安全設(shè)計(jì)中考慮復(fù)合的疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用。國內(nèi)的機(jī)車車輛主要結(jié)構(gòu)部件的疲勞壽命評(píng)估和分析采用復(fù)合的疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)，國外從疲勞壽命的理論計(jì)算和疲勞試驗(yàn)兩個(gè)方面在疲勞研究和應(yīng)用領(lǐng)域有很多新發(fā)展的理論方法和技術(shù)手段。不論國內(nèi)國外，一批人幾十年如一日致力于疲勞的研究,對(duì)疲勞問題研究貢獻(xiàn)頗多。疲勞分析流程fatigue實(shí)用文檔(實(shí)用文檔，可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）關(guān)鍵詞:疲勞

UIC標(biāo)準(zhǔn)

疲勞載荷

IIW標(biāo)準(zhǔn)

S—N曲線

機(jī)車車輛一、國內(nèi)外軌道車輛的疲勞研究現(xiàn)狀6月30日15時(shí)，備受關(guān)注的京滬高鐵正式開通運(yùn)營。作為新中國成立以來一次建設(shè)里程最長、投資最大、標(biāo)準(zhǔn)最高的高速鐵路，京滬高鐵貫通“三市四省”,串起京滬“經(jīng)濟(jì)走廊".京滬高鐵的開通，不僅乘客可以享受到便捷與實(shí)惠，沿線城市也需面對(duì)高鐵帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在享受這些待遇的同時(shí)，專家指出，各省市要想從中分得一杯羹,配套設(shè)施建設(shè)以及機(jī)車車輛的安全性絕對(duì)不容忽略。根據(jù)機(jī)車車輛的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，對(duì)結(jié)構(gòu)在要求做到盡可能輕量化的同時(shí),也要求具備高度可靠性和足夠的安全性。這兩者之間常常出現(xiàn)矛盾，因此，如何準(zhǔn)確研究其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件在運(yùn)行中的使用壽命以及如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度壽命預(yù)測領(lǐng)域研究中的前沿課題。在隨機(jī)動(dòng)載作用下的結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)更是成為當(dāng)前機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn),而如何預(yù)測關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和部件的疲勞壽命又是未來機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向之一。機(jī)車車輛承受的外部載荷大部分是隨時(shí)間而變化的循環(huán)隨機(jī)載荷。在這種隨機(jī)動(dòng)載荷的作用下，機(jī)車車輛的許多構(gòu)件都產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力,引起疲勞損傷，而損傷累積后的結(jié)構(gòu)破壞的形式經(jīng)常是疲勞裂紋的萌生和最終結(jié)構(gòu)的斷裂破壞。隨著國內(nèi)鐵路運(yùn)行速度的不斷提高,一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件，如轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架、牽引拉桿等都出現(xiàn)了一些斷裂事故.因此,機(jī)車車輛的結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為機(jī)車車輛新產(chǎn)品開發(fā)前期的必要過程之一,而通過有效的計(jì)算方法預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)。1。1國外早在十九世紀(jì)后期德國工程師Wohler系統(tǒng)論述了疲勞壽命和循環(huán)應(yīng)力的關(guān)系并提出了S-N曲線和疲勞極限的概念以來，國內(nèi)外疲勞領(lǐng)域的研究已經(jīng)產(chǎn)生了大量新的研究方法和研究成果。結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)中主要有兩方面的問題：一是用一定材料制成的構(gòu)件的疲勞壽命曲線;二是結(jié)構(gòu)件的工作應(yīng)力譜,也就是載荷譜。載荷譜包括外部的載荷及動(dòng)態(tài)特性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響.根據(jù)疲勞壽命曲線和工作應(yīng)力譜的關(guān)系,有3種設(shè)計(jì)概念:靜態(tài)設(shè)計(jì)(僅考慮靜強(qiáng)度)；工作應(yīng)力須低于疲勞壽命曲線的疲勞耐久限設(shè)計(jì)；根據(jù)工作強(qiáng)度設(shè)計(jì),即運(yùn)用實(shí)際使用條件下的載荷譜。實(shí)際載荷因?yàn)槭艿杰囕v等諸多因素的影響而有相當(dāng)大的離散性，它嚴(yán)重地影響了載荷譜的最大應(yīng)力幅值、分布函數(shù)及全部循環(huán)數(shù)。為了對(duì)疲勞壽命進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，必須知道設(shè)計(jì)譜的存在概率,并且考慮實(shí)際載荷離散性，才可以確定結(jié)構(gòu)可靠的疲勞壽命.20世紀(jì)60年代，世界上第一條高速鐵路建成，自那時(shí)起,一些國外高速鐵路發(fā)達(dá)國家已經(jīng)深入研究機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)輕量化帶來的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命預(yù)測問題。其中，包括日本對(duì)車軸和焊接構(gòu)架疲勞問題的研究；法國和德國采用試驗(yàn)臺(tái)仿真和實(shí)際線路相結(jié)合的技術(shù)開發(fā)出試驗(yàn)用的機(jī)車車輛疲勞分析方法；英國和美國對(duì)轉(zhuǎn)向架累計(jì)損傷疲勞方面的研究等等。在這些研究中提出了大量有效的疲勞壽命的預(yù)測研究方法。1.2、國內(nèi)

國內(nèi)疲勞研究現(xiàn)狀與方法國內(nèi)鐵路相關(guān)的科研院所對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命也展開了大量的研究和分析,并且得到了很多研究壽命預(yù)測方法的有效成果.疲勞壽命的估算主要分為裂紋形成階段壽命估算和裂紋擴(kuò)展階段壽命估算兩部分。常用的疲勞壽命計(jì)算方法包括名義應(yīng)力壽命法、局部應(yīng)變壽命法和裂紋擴(kuò)展計(jì)算法。Ⅰ.S—N方法名義應(yīng)力法,又稱S—N方法,強(qiáng)調(diào)了長疲勞壽命和耐久性的限制,或者是假定疲勞失效不會(huì)發(fā)生時(shí)的安全應(yīng)力。它以材料或零部件的疲勞壽命曲線為基礎(chǔ)，利用名義應(yīng)力或局部應(yīng)力和壽命之間的關(guān)系,主要應(yīng)用在線性彈性應(yīng)力的分析中。S—N曲線也稱作應(yīng)力循環(huán)曲線，是說明結(jié)構(gòu)疲勞過程的重要方法.這個(gè)方法經(jīng)常被用在變化的環(huán)境里,包括那些幾乎沒有塑性的長壽命疲勞問題,以及部件裂紋的萌生或裂紋的生長等問題。同時(shí),該法主要應(yīng)用在循環(huán)載荷是彈性的環(huán)境里,也就是意味著結(jié)構(gòu)限制在壽命軸的疲勞循環(huán)數(shù)量必須大于10000次,這也是為了確保結(jié)構(gòu)沒有大的塑性發(fā)生。實(shí)際上在小于10000次循環(huán)的環(huán)境,要使用S—N方程必須更加小心.通常要使用最終的強(qiáng)度或者是真實(shí)的斷裂應(yīng)力進(jìn)行分析。應(yīng)力法以循環(huán)應(yīng)力作為造成疲勞的原因，壽命的預(yù)測主要是應(yīng)力—循環(huán)曲線（S—N曲線）。它是由常幅加載試驗(yàn)獲得的，盡管大部分情況中實(shí)際工程結(jié)構(gòu)承受的多是變幅載荷,但在疲勞壽命的估算,依然有一定的應(yīng)用價(jià)值.如果是變幅載荷,需要做出S—N曲線進(jìn)行修正.變化的應(yīng)力時(shí)間歷程一般要進(jìn)行計(jì)數(shù)，用累積頻次分布的形式進(jìn)行壽命的預(yù)測計(jì)算。經(jīng)常使用如下的公式表示整條S-N曲線:(σ-A）m

N=D

或σ=A（1+C/Nα）式中：1/m為S—N曲線的負(fù)斜率;A為材料的疲勞極限；D為材料常數(shù)；α為S—N曲線的負(fù)斜率;C為材料常數(shù)。Ⅱ.E—N方法局部應(yīng)變法(也稱E—N法)以局部應(yīng)變?yōu)榛鶞?zhǔn)，局部應(yīng)變或應(yīng)變壽命法，通常參考裂紋萌生方法,其關(guān)注的僅僅是裂紋的萌生；結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，通常是所有的壽命(S—N或者名義應(yīng)變），以及裂紋的產(chǎn)生或損傷誤差分析之和，關(guān)注的是直到結(jié)構(gòu)斷裂產(chǎn)生的循環(huán)數(shù).E—N分析法使用循環(huán)應(yīng)力—應(yīng)變建模和Neuber彈塑性修正?？梢赃x擇分析參數(shù)的范圍,包括平均應(yīng)力修正模型、置信度參數(shù)、制造的細(xì)節(jié)(表面的粗糙度)以及材料的熱處理。Ⅲ。裂紋擴(kuò)展方法Paris最早提出的裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK和裂紋擴(kuò)展速率da/dN之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系是計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的基礎(chǔ)［8］?；跀嗔蚜W(xué)的裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測法主要用于較長裂紋的損傷容限設(shè)計(jì),最近這種方法有被拓展到結(jié)構(gòu)耐久性分析領(lǐng)域的趨勢。利用不同技術(shù)的這幾種方法有不同的精度。實(shí)際上預(yù)測總的壽命、裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展3種方法很少在相同的問題上同時(shí)使用.這是因?yàn)椴煌脑O(shè)計(jì)理念決定了不同的分析方法。利用這3種基本方法可以分析結(jié)構(gòu)的點(diǎn)焊、縫焊等多種焊接方式，以及旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、振動(dòng)疲勞、復(fù)合多軸等疲勞壽命的預(yù)測問題.1。2。2國內(nèi)近期疲勞研究領(lǐng)域的發(fā)展與突破近年來，隨著疲勞理論研究的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，在發(fā)達(dá)國家的鐵路行業(yè)，產(chǎn)品的強(qiáng)度設(shè)計(jì)由原來的主要依據(jù)靜強(qiáng)度指標(biāo)和無限壽命設(shè)計(jì)發(fā)展到定量壽命設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品的使用可靠性,并且降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本?，F(xiàn)代的抗疲勞設(shè)計(jì)中使用了“一體化耐久管理"(IDM——IntegratedDurablityManagement)的方法，該方法包括虛擬分析和疲勞試驗(yàn)兩個(gè)方面，下面將從這兩個(gè)方面分別敘述疲勞研究和應(yīng)用的新發(fā)展.1、理論分析方法的發(fā)展——虛擬計(jì)算所謂的“虛擬”計(jì)算就是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，使用軟件建立產(chǎn)品有關(guān)承載構(gòu)件的有限元模型，使用軟件在虛擬的“新產(chǎn)品構(gòu)件”上施加載荷進(jìn)行壽命的計(jì)算并可反復(fù)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，這種計(jì)算所需時(shí)間短,費(fèi)用低，降低了產(chǎn)品開發(fā)周期和成本。由于疲勞理論的發(fā)展結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步．虛擬計(jì)算作為一種分析手段，也有很多新而且方便實(shí)用的方法.主要包括3個(gè)方面,它們分別是用S-N方法估算全壽命、用局部應(yīng)力—應(yīng)變估算裂紋起始?jí)勖?、用Paris公式估算裂紋擴(kuò)展壽命.①使用PSD功率譜密度信號(hào)計(jì)算構(gòu)件的全壽命傳統(tǒng)上人們都是使用時(shí)域信號(hào)進(jìn)行壽命或損傷的計(jì)算，時(shí)域信號(hào)一般是應(yīng)力、應(yīng)變或載荷.在時(shí)域中可以很方便地表示周期性的信號(hào),若用來完全地描述一個(gè)隨機(jī)過程，需要非常長的信號(hào)記錄，特別是對(duì)于有上個(gè)節(jié)點(diǎn)的有限元模型施加幾十個(gè)通道的載荷的情況下，使用時(shí)域信號(hào)計(jì)算模型的壽命將非常困難，在這種情況下，疲勞壽命的計(jì)算可以在頻域里完成。其主要過程是:首先對(duì)有限元模型進(jìn)行頻響分析，求得載荷與結(jié)構(gòu)上應(yīng)力的傳遞函數(shù);然后，將傳遞函數(shù)乘以載荷的功率譜密度函數(shù)得到應(yīng)力功率譜密度函數(shù)}最后使用有關(guān)的方法由應(yīng)力功率譜推算結(jié)構(gòu)的壽命.［9］用應(yīng)力PSD信號(hào)計(jì)算構(gòu)件的壽命的方法有2種:其一是直接使用PSD信號(hào)；其二是先根據(jù)PSD信號(hào)計(jì)算出應(yīng)力范圍的循環(huán)數(shù)，再用它估算壽命。目前，第2種做法使用較為流行。②預(yù)測多軸應(yīng)力狀態(tài)下構(gòu)件的起始?jí)勖鄶?shù)情況下，工程構(gòu)件所受的載荷是多載荷的復(fù)雜組合。這就使得構(gòu)件上的某些點(diǎn)所受的3個(gè)主應(yīng)力處于非比例狀態(tài)．主應(yīng)力的方向往往也隨時(shí)變化，在這種應(yīng)力條件下的疲勞就稱為多軸疲勞。多軸疲勞的研究最近也有了新的進(jìn)展，發(fā)展了一種新方法。該方法不僅能夠估算多軸應(yīng)力情況下的壽命，還能夠以損傷極坐標(biāo)圖的形式給出各個(gè)臨界面上的損傷量。用這一方法來估算始裂壽命分以下幾步：第一步，在承載構(gòu)件上的關(guān)鍵點(diǎn)貼上應(yīng)變花測得3個(gè)應(yīng)變輸出，或者在有限元模型上貼虛擬應(yīng)變花,求得3個(gè)虛擬的應(yīng)變輸出；第二步，根據(jù)3個(gè)應(yīng)變輸出用Mroz—Garud循環(huán)塑性模型計(jì)算該關(guān)鍵點(diǎn)的其余的應(yīng)力應(yīng)變分量；第三步，根據(jù)材料的疲勞壽命曲線，用有關(guān)的多軸疲勞損傷壽命模型計(jì)算壽命。[10］③預(yù)測形狀不規(guī)則裂紋的擴(kuò)展壽命最近，有一種計(jì)算形狀不規(guī)則裂紋的擴(kuò)展壽命的新方法得到了發(fā)展,該方法是線彈性斷裂力學(xué)理論與有限元方法的結(jié)合。其主要內(nèi)容是首先對(duì)含裂紋的構(gòu)件進(jìn)行三維有限元網(wǎng)格的劃分，網(wǎng)格包括裂紋塊和非裂紋塊，裂紋塊由于包含裂紋需要較細(xì)致的劃分，而非裂紋塊可以劃分得較粗一些.裂紋塊和非裂紋塊的組合可以使用多點(diǎn)位移約束法，使得二者的位移在其接觸面上保持一致,從而使組合后的網(wǎng)格保持變形協(xié)調(diào)。疲勞裂紋擴(kuò)展后新網(wǎng)格的生成可以只對(duì)裂紋塊進(jìn)行，非裂紋塊阿格保持不變.網(wǎng)格劃分完畢后,應(yīng)用四分之一點(diǎn)位移法或者三維J積分法計(jì)算裂紋擴(kuò)展前沿上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子,J積分的計(jì)算方法有回路法和虛擬節(jié)點(diǎn)位移法。裂紋前沿的曲線形狀可以由一些離散點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）來定義，那么，就可以應(yīng)用Paris公式分別求這些節(jié)點(diǎn)上的裂紋擴(kuò)展量（也就是這些節(jié)點(diǎn)的位移量)Δa，據(jù)此可以確定新的裂紋前沿。該方法能夠模擬裂紋擴(kuò)展過程,跟蹤裂紋形狀的發(fā)展變化，大大提高了裂紋擴(kuò)展壽命的預(yù)測精度.2、疲勞試驗(yàn)使用軟件來仿真計(jì)算虛擬“新產(chǎn)品”作為抗疲勞設(shè)計(jì)的一個(gè)手段,并不能代替疲勞試驗(yàn)，虛擬計(jì)算的目的是為了盡可能地減少疲勞試驗(yàn)的次數(shù)。新產(chǎn)品的疲勞可靠性最終要通過疲勞試驗(yàn)來檢驗(yàn)，目前國內(nèi)對(duì)鐵道車輛零部件的疲勞試驗(yàn)，只能夠做程序加載的疲勞試驗(yàn).如TB1959和TB1960所規(guī)定的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，用程序載荷譜加載的疲勞試驗(yàn)一般只能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行合格檢驗(yàn)或產(chǎn)品的性能對(duì)比，不能夠真正用于研究產(chǎn)品的壽命。在國外,主要采用隨機(jī)載荷譜加載進(jìn)行疲勞試驗(yàn)來研究產(chǎn)品的壽命這樣就徹底消除了程序載荷譜時(shí)高低載荷的加載次序和各加載位置載荷相位差對(duì)構(gòu)件壽命的影響.這種加載方法能夠較為真實(shí)地模擬構(gòu)件所承受的載荷，使所得的試驗(yàn)壽命能夠真實(shí)地反映運(yùn)用壽命在各個(gè)構(gòu)件之間布置載荷傳感器十分困難，而在構(gòu)件上貼上應(yīng)變片則很方便,所以一般不能直接采集到構(gòu)件的隨機(jī)載荷譜,只能夠采集到構(gòu)件上某些點(diǎn)的應(yīng)變譜.從運(yùn)用當(dāng)中的構(gòu)件上采集的應(yīng)變譜若直接用于疲勞試驗(yàn)，雖然試驗(yàn)壽命最為接近實(shí)際的運(yùn)用壽命,但試驗(yàn)的時(shí)間將與構(gòu)件的實(shí)際運(yùn)用時(shí)間相當(dāng)，疲勞試驗(yàn)就失去了其意義。所以，要對(duì)采集的應(yīng)變譜進(jìn)行一些編輯處理。合理的疲勞編輯應(yīng)該滿足2個(gè)方面,其一是經(jīng)過編輯后的信號(hào)與原始信號(hào)對(duì)構(gòu)件的總損傷基本一致；其二是編輯前后的信號(hào)所產(chǎn)主的損傷分布基本一致。過去，用線性放大載荷信號(hào)或者用“等效”的常幅載荷信號(hào)來加速疲勞試驗(yàn)的做法，不符合上面所提的第2個(gè)方面疲勞試驗(yàn)有單通道和多通道之分，疲勞編輯也有所區(qū)別．單通道編輯只編輯響應(yīng)信號(hào)（應(yīng)變譜)，多通道編輯需要同步編輯響應(yīng)信號(hào)(應(yīng)變譜)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)(隨機(jī)載荷譜)。二、CW-200轉(zhuǎn)向架疲勞壽命預(yù)測實(shí)例圖1是轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架待評(píng)估位置:

圖1CW-200轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架待評(píng)估位置2。1

有限元模型圖2是CW-200轉(zhuǎn)向架有限元模型

圖2CW-200轉(zhuǎn)向架有限元模型有限元模型采用平面四節(jié)點(diǎn)單元,單元大小20mm。疲勞試驗(yàn)載荷包括垂向載荷與橫向載荷,垂向載荷作用在空氣彈簧座上,橫向載荷作用在橫向減振器座上。2。2

疲勞試驗(yàn)載荷根據(jù)UIC標(biāo)準(zhǔn)：——垂直力（每個(gè)側(cè)架）（取α=0。2，β=0.1）靜態(tài)部分：FZS1=FZS2=FZ準(zhǔn)靜態(tài)部分(模擬曲線中的滾動(dòng)）：FZQ1=FZQ2=+-αFZ動(dòng)態(tài)部分（跳動(dòng)模擬）：FZD1=FZD2=+—βFZ——橫向力（每個(gè)轉(zhuǎn)向架)準(zhǔn)靜態(tài)部分:FYQ=+-0.25*(FZ+0。5*m+＊g)動(dòng)態(tài)部分:FYD=+-0.25＊（FZ+0.5*m+*g）其中,FZ=135KN

m+*g=60KN

圖13－UIC標(biāo)準(zhǔn)中垂向動(dòng)載荷模式

圖14－UIC標(biāo)準(zhǔn)中橫向動(dòng)載荷模式由于產(chǎn)生疲勞破壞的主要為動(dòng)態(tài)部分力，所以在疲勞評(píng)估時(shí)忽略靜態(tài)部分和準(zhǔn)靜態(tài)部分對(duì)疲勞壽命的影響,所以需加的疲勞載荷為：垂直力（每個(gè)側(cè)架）:ΔFZ=2＊(0。2＊135）=54KN橫向力（每轉(zhuǎn)向架）：ΔFY=2＊[0.25*（135+0.5＊60)]=82.5KN在UIC標(biāo)準(zhǔn)中,加載分三個(gè)階段，分別以1倍、1。2倍和1。4倍的比例關(guān)系逐段強(qiáng)化，每個(gè)階段加載的循環(huán)次數(shù)分別為6e106、2e106和e106次。

圖15－UIC標(biāo)準(zhǔn)中三段加載模式垂向力動(dòng)態(tài)部分與橫向力動(dòng)態(tài)部分作用頻率與相位均相同，因而視其為一個(gè)載荷事件。2.3

有限元計(jì)算按照《UIC515—4》的實(shí)驗(yàn)室疲勞實(shí)驗(yàn)加載要求，首先將其靜載到要有限元模中，然后基于動(dòng)載與靜載的比例關(guān)系進(jìn)行應(yīng)力換算,即得動(dòng)載應(yīng)力△σ(任一點(diǎn)的△σ值都可由下圖讀出）。圖3是部分有限元計(jì)算結(jié)果:

圖3－疲勞載荷作用下應(yīng)力云圖

2.4

S-N曲線選取將待評(píng)估點(diǎn)所處的結(jié)構(gòu)細(xì)部與IIW標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部疲勞強(qiáng)度值表中提供的結(jié)構(gòu)細(xì)部對(duì)比，選擇合適的類型FAT級(jí)別。CW-200轉(zhuǎn)向架構(gòu)架各點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度級(jí)別FAT值列入下表:

表1待評(píng)估位置FAT等級(jí)列表編號(hào)123456789101112131415接頭類型管接頭管接頭T型接頭管接頭T型接頭端部接頭管接頭端部接頭對(duì)接接頭對(duì)接接頭T型接頭非承載T接頭T型接頭管接頭T型接頭FAT5050805080455045717180100805080

根據(jù)各點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度級(jí)別FAT值，即可在IIW標(biāo)準(zhǔn)中（表2)查找相應(yīng)的S—N曲線參數(shù)，即m、C值。表2

IIW標(biāo)準(zhǔn)中各級(jí)別S-N曲線參數(shù)（MPa)Palmgren—Miner累積特征抗疲勞-S—N曲線的修正值最初斜率m1=3。0,循環(huán)數(shù)5e6時(shí)的常幅疲勞極限△σl，x二次斜率m2=5.0，在106循環(huán)時(shí)截止級(jí)別循環(huán)數(shù)N<5e6，m1=3時(shí)S-N曲線的常數(shù)C常幅疲勞極限循環(huán)數(shù)N>5E6，m2=5時(shí)S—N曲線的常數(shù)C截止極限25520018016014012511210090807163565045403632282522201816142。27e131。600e131。166e138。192e125。488e123。906e122。810e122.000e121。458e121.012e127.158e115.001e113.512e112。500e111.823e111.280e119。331e106。554e104.390e103.125e102.130e101。600e101。166e108.192e95.488e916614713311810392。182。573.766.358。952。346.441。336。833.229.526.523.620。618.416。214。713。311.810。36.261e173.474e172。052e171.139e175.840e163.313e161。913e161.086e166。411e153。558e151。959e151。078e155.980e143.393e142。004e141.112e146。565e133。643e131。869e131.060e135。596e123。474e122.052e121。139e125.840e1191。180。972。864.856。750.645。340。536.432。428.725.522.720。218.216。214。613.011。310.18.98.17。36。55。7

然后就可以根據(jù)邁納爾損傷累積理論計(jì)算疲勞壽命，這里為疲勞損傷比之和。疲勞壽命極限；(對(duì)應(yīng)i）累計(jì)損傷率D=計(jì)算結(jié)果列表如下:

表3

CW—200焊接構(gòu)架待評(píng)估點(diǎn)疲勞損傷比之和標(biāo)號(hào)FAT

垂向＋橫向1倍（加載6e6次)1。2倍（加載2e6次）1.4倍（加載2e6次）150應(yīng)力范圍2。533.5S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0250應(yīng)力范圍11.213。4415.68S-N曲線m無C無m無C無m=無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0380應(yīng)力范圍9.911。8813。86S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0450應(yīng)力范圍16.119。3222。54S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0580應(yīng)力范圍41.649。9258.24S—N曲線m=5C=3.558e15m=5C=3.558e15m=5C=3.558e15疲勞壽命2.86e71。15e75。31e6損傷比0。210。1740。377累積損傷比0。761645應(yīng)力范圍18.822.5626.32S—N曲線m=5C=2。004e14m=5C=2。004e14m=5C=2.004e14疲勞壽命8.53e73。43e71.59e7損傷比0.070。0580。126累積損傷比0。254750應(yīng)力范圍3.13。724。34S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命1.58e3無限無限損傷比000累積損傷比0845應(yīng)力范圍6.67.929。24S-N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0971應(yīng)力范圍7。38。7610.22S-N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01071應(yīng)力范圍11。013.215.4S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01180應(yīng)力范圍26.531.837.1S—N曲線m無C無m無C無m=5C=3.558e15疲勞壽命無限無限5。06e7損傷比000.04累積損傷比0。0412100應(yīng)力范圍37.244.6452。08S-N曲線m無C無m=5C=1.086e16m=5C=1。086e16疲勞壽命無限6。13e72。83e7損傷比00。0330.071累積損傷比0。1041380應(yīng)力范圍7。278.72410.178S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01450應(yīng)力范圍8。279。92411.578S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01580應(yīng)力范圍4.205。045。88S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0

二、根據(jù)這一點(diǎn)的接頭形式,查出對(duì)應(yīng)的S-N曲線，方法：1.UIC標(biāo)準(zhǔn)—--—--—FAT值-—-—-（判斷△σ和常幅疲勞極限、截止極限的大小關(guān)系)——m、c值—--—(由公式）—-————-疲勞壽命極限值N；2。同時(shí)△σ(疲勞載荷引起的應(yīng)力范圍）對(duì)應(yīng)一個(gè)循環(huán)次數(shù)n；3。最后求得損傷比4。將疲勞載荷逐步加強(qiáng)到1.2倍和1。4倍,重復(fù)以上過程，又會(huì)得到兩個(gè)損傷比；5。將三個(gè)損傷比相加,得到累計(jì)損傷比,并判斷是否小于1（合格）

一、對(duì)于其它每一點(diǎn)重復(fù)以上過程，完成對(duì)每一評(píng)估點(diǎn)的合格與否檢驗(yàn)

編號(hào)123456789101112131415接頭類型管接頭管接頭T型接頭管接頭T型接頭端部接頭管接頭端部接頭對(duì)接接頭對(duì)接接頭T型接頭非承載T接頭T型接頭管接頭T型接頭FAT5050805080455045717180100805080

Palmgren-Miner累積特征抗疲勞-S-N曲線的修正值最初斜率m1=3。0,循環(huán)數(shù)5e6時(shí)的常幅疲勞極限△σl，x二次斜率m2=5.0，在106循環(huán)時(shí)截止級(jí)別循環(huán)數(shù)N〈5e6,m1=3時(shí)S-N曲線的常數(shù)C常幅疲勞極限循環(huán)數(shù)N>5E6，m2=5時(shí)S—N曲線的常數(shù)C截止極限25520018016014012511210090807163565045403632282522201816142。27e131.600e131。166e138.192e125。488e123.906e122.810e122。000e121.458e121.012e127。158e115.001e113.512e112.500e111。823e111。280e119。331e106.554e104.390e103。125e102。130e101.600e101.166e108。192e95.488e916614713311810392.182.573.766.358.952.346。441。336.833.229.526.523.620.618。416.214.713。311。810.36.261e173.474e172.052e171.139e175.840e163。313e161.913e161.086e166.411e153。558e151。959e151。078e155.980e143.393e142。004e141.112e146.565e133。643e131.869e131。060e135.596e123.474e122。052e121。139e125。840e1191。180.972。864。856。750。645。340.536.432。428。725.522。720。218。216.214。613。011。310.18。98.17.36.55。7

標(biāo)號(hào)FAT

垂向＋橫向1倍（加載6e6次)1.2倍(加載2e6次）1.4倍（加載2e6次)150應(yīng)力范圍2。533.5S-N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0250應(yīng)力范圍11。213。4415.68S-N曲線m無C無m無C無m=無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0380應(yīng)力范圍9.911.8813。86S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0450應(yīng)力范圍16.119。3222。54S-N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0580應(yīng)力范圍41.649.9258。24S-N曲線m=5C=3。558e15m=5C=3。558e15m=5C=3.558e15疲勞壽命2。86e71.15e75。31e6損傷比0。210。1740.377累積損傷比0.761645應(yīng)力范圍18。822.5626。32S—N曲線m=5C=2.004e14m=5C=2.004e14m=5C=2.004e14疲勞壽命8.53e73.43e71.59e7損傷比0.070。0580.126累積損傷比0。254750應(yīng)力范圍3.13。724.34S-N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命1.58e3無限無限損傷比000累積損傷比0845應(yīng)力范圍6。67.929。24S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0971應(yīng)力范圍7.38.7610.22S-N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01071應(yīng)力范圍11.013。215.4S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01180應(yīng)力范圍26.531。837。1S—N曲線m無C無m無C無m=5C=3.558e15疲勞壽命無限無限5。06e7損傷比000。04累積損傷比0。0412100應(yīng)力范圍37。244.6452。08S-N曲線m無C無m=5C=1.086e16m=5C=1。086e16疲勞壽命無限6.13e72。83e7損傷比00.0330。071累積損傷比0.1041380應(yīng)力范圍7。278。72410。178S-N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01450應(yīng)力范圍8。279。92411。578S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比01580應(yīng)力范圍4。205.045。88S—N曲線m無C無m無C無m無C無疲勞壽命無限無限無限損傷比000累積損傷比0當(dāng)前,提速/重載在迎合社會(huì)需求的同時(shí)，隨之也出現(xiàn)了一些值得關(guān)注的問題，其中，機(jī)車車輛許多構(gòu)件，尤其是焊接轉(zhuǎn)向架，服役不久頻繁發(fā)生疲勞斷裂，并導(dǎo)致了重大經(jīng)濟(jì)損失?？陀^上，由于提速/重載，機(jī)車車輛動(dòng)負(fù)荷加劇,然而，這不過是問題的外因,而內(nèi)因則是我們對(duì)這些機(jī)車車輛裝備沒有注入與提速/重載相匹配的且有相當(dāng)儲(chǔ)備的抗疲勞能力。許多疲勞斷裂案例分析表明:在設(shè)計(jì)階段，我們?nèi)酝Ａ粼趥鹘y(tǒng)的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)層次上，對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架尤其缺少抗疲勞設(shè)計(jì)的理念，缺少相應(yīng)的技術(shù)，缺少必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).因此，許多疲勞斷裂隱患始于設(shè)計(jì)階段。事實(shí)上,自從人們認(rèn)定“預(yù)防疲勞斷裂"是一個(gè)公認(rèn)的難題以來，一個(gè)普遍被接受的現(xiàn)實(shí)是：由于疲勞斷裂問題難于從理論上建模,因此，“預(yù)防疲勞斷裂”的措施是否有效，只能通過各種形式疲勞實(shí)驗(yàn)來回答，毫無疑問，這種觀點(diǎn)是正確的.然而,另外一個(gè)事實(shí)是，當(dāng)產(chǎn)品只在“圖紙”上時(shí)，包括疲勞試驗(yàn)在內(nèi)的任何實(shí)驗(yàn)均無載體，因此，設(shè)計(jì)階段抗疲勞措施是否有效，對(duì)簡單問題可以查閱設(shè)計(jì)手冊予以校驗(yàn)，對(duì)機(jī)車車輛中典型焊接結(jié)構(gòu)的抗疲勞措施是否有效則很難判斷，顯然這不是我們所希望的,而“事后驗(yàn)證”不僅有可能導(dǎo)致較大的投入風(fēng)險(xiǎn)，且由于疲勞斷裂現(xiàn)象的時(shí)延特性，它還有可能導(dǎo)致在設(shè)計(jì)階段埋下重大事故隱患。為此本手冊提出了虛擬疲勞試驗(yàn)技術(shù)對(duì)策，以試圖盡最大可能地化解上述矛盾,從而使機(jī)車車輛焊接結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的圖紙上就能卓有成效地展開。

結(jié)論本文對(duì)國內(nèi)的疲勞壽命預(yù)測的基本方法進(jìn)行了初步的討論，希望在今后的疲勞壽命預(yù)測研究中能利用有效的壽命預(yù)測和分析技術(shù)解決更多高速鐵路機(jī)車車輛國產(chǎn)化技術(shù)的難題。并從理論分析和疲勞試驗(yàn)兩個(gè)方面簡單地介紹了近年來國外疲勞研究和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展概況?？梢园l(fā)現(xiàn)，目前，我們的研究手段和方法與西方發(fā)達(dá)國家相比有著較大的差距。無論是確定已有產(chǎn)品的使用壽命,還是進(jìn)行新產(chǎn)品的研制開發(fā)，我們現(xiàn)有的手段方法都不能滿足需要。所以，我們要盡快引進(jìn)國外這些先進(jìn)的技術(shù)手段，以提高壽命估算的準(zhǔn)確性，保障客貨運(yùn)輸?shù)陌踩瑫r(shí),提高鐵道車輛產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，以迎接國際市場的挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn):[1]繆炳榮，陽光武等，機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測方法的研究。西南交通大學(xué),2005.［2］趙少汴，王忠保.疲勞設(shè)計(jì)[M]。北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992。[3］曾仲謀,電力機(jī)車車體關(guān)鍵部位疲勞壽命預(yù)測［D]。成都:西南交通大學(xué)，2004.［4]王成國，孟光偉，原亮明，劉敬輝。新型高速客車技術(shù)構(gòu)架的疲勞壽命數(shù)值仿真分析［J]。中國鐵道科學(xué)，2001，(3)。[5]呂澎民，趙邦華。貨車鑄鋼側(cè)架隨機(jī)載荷譜下的疲勞壽命預(yù)估研究[J]。鐵道學(xué)報(bào)。1994,（3)。[6］劉德剛，李強(qiáng)。提速客車轉(zhuǎn)向架主要部件壽命預(yù)測方法探討[J］。鐵道機(jī)車車輛，2002增刊.[7]虞麗娟，李元君，沈鋼。機(jī)車構(gòu)件疲勞壽命仿真分析［J］.鐵道學(xué)報(bào),1998，(6)。［8］PeterJ。Heyes,林曉斌。基于有限元的疲勞設(shè)計(jì)分析系MSC/FATIGUE［J]。中國機(jī)械工程，1998,（9)。［9]

AndrewHalfpenny．基于功率譜密度信號(hào)的疲勞壽命估[J]．中國機(jī)械工程，1996．9（9)。[10］WangCH，BrownMW．LifePredictionTechniqueforVarialabeAmplitudeMultiaxilFatigue—part[J］。ASMEjouralofEngineeringMatidianTechnology．1996.白醋質(zhì)量分析報(bào)告目錄HYPERLINK\l”_Toc449906822”1。對(duì)象 1HYPERLINK\l”_Toc449906823”2.特性 12。1適用性 1_Toc449906826"2.2。1保質(zhì)期 2_Toc449906828”2.3可靠性 22。4安全性 22.5經(jīng)濟(jì)性 2HYPERLINK\l”_Toc449906831”2。6信息性和可溯性 42。7維修性 5HYPERLINK\l”_Toc449906833"2.8環(huán)保性 6HYPERLINK\l”_Toc449906834"3.指標(biāo)及數(shù)據(jù)來源 7_Toc449906836”5.結(jié)論 7HYPERLINK\l”_Toc449906837"6.對(duì)策 7HYPERLINK\l”_Toc449906838"6.1加大宣傳白醋的其他功效 7_Toc449906840”參考文獻(xiàn) 81.對(duì)象白醋主要成分是醋酸(CH3COOH)，屬于混合物。是烹調(diào)的酸味輔料，色澤透亮、酸味醇正。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，食用醋共分為兩種，一種是釀造食醋，一種是勾兌醋（配制食醋）。釀造醋中除了含有醋酸,還含有乳酸等多種有機(jī)酸以及原料中帶入的一些營養(yǎng)成分及其降解產(chǎn)生的營養(yǎng)成分，口感柔和。勾兌醋是以釀造食醋為主體，與食品添加劑等混合配制而成的調(diào)味食醋。其中,釀造食醋的比例不得少于50％。勾兌醋中乳酸等有機(jī)酸營養(yǎng)成分含量少，酸烈一些.本文分析的是釀造白醋。2。特性物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)無色;有刺激性氣味；易揮發(fā);易溶于水和酒精;凝固點(diǎn)16.6℃呈弱酸性，在水溶液里能電離出氫離子，比碳酸酸性強(qiáng)；能使石蕊變紅;能中和堿金屬氫氧化物，能與活潑金屬生成鹽;可發(fā)生酯化反應(yīng)2。1適用性就食用來說,一般人群均可食用。脾胃濕盛、外感初起者忌服;胃潰瘍和胃酸過多者不宜食醋。作洗臉用的話，方法是洗臉時(shí)放一小盆水，加入少量（約二湯匙）的白醋，倒入水中調(diào)勻，撲到臉上，或者干脆把臉浸入溫水。然后把水倒掉，再開始正常的洗臉程序。白醋洗臉的比較適合油性肌膚，長痘痘,面部有色斑的人，敏感肌，混合性肌膚以及干性肌膚的需要慎用.而且不可以長期使用，每月2-3次就夠了。敏感性肌膚的人需盡可能充分稀釋后方可使用。2。2商品壽命2.2。1保質(zhì)期醋的保質(zhì)期一般為6個(gè)月到一年左右。有些醋時(shí)間長了雖然沒有變質(zhì),但是味道會(huì)變淡很多。要保持較好口味,最好還是從生產(chǎn)日期算起一年內(nèi)使用。2.2。2市場生命周期白醋處于產(chǎn)品生命周期中的成熟期。醋在神農(nóng)嘗百草時(shí)期已出現(xiàn)，春秋戰(zhàn)國時(shí)期，已有專門釀醋的作坊，到漢代時(shí)，醋開始普遍生產(chǎn)。南北朝時(shí),食醋的產(chǎn)量和銷量都已很大。2。3可靠性白醋的沸點(diǎn)是60攝氏度。在16.6～60攝氏度間，白醋能正常地發(fā)揮其調(diào)味、美容、殺菌、消毒、助消化、溶解營養(yǎng)素的功效.2。4安全性購買白醋的制成品時(shí)應(yīng)注意觀察標(biāo)簽中的成分。勾兌醋成分中多注明含有苯甲酸鈉或山梨酸鉀等防腐劑，而釀制醋成分中不含防腐劑，成分多包括高粱、大麥、豌豆、谷糠等。盡管苯甲酸鈉和山梨酸鉀都屬于合法的添加劑，可以在一定范圍內(nèi)被使用。但通常認(rèn)為，山梨酸鉀的安全性要高于苯甲酸鈉。消費(fèi)者在選擇勾兌醋時(shí)，可盡量選擇成分中包含山梨酸鉀的產(chǎn)品。2.5經(jīng)濟(jì)性開門七件事是“柴鹽油米醬醋茶“。可見，醋是中國老百姓家庭中的必需品.既然是必需品，那么白醋的價(jià)格就是大眾普遍能接受的。在天貓、京東和一號(hào)店上，銷量較大的白醋的單價(jià)基本在10元以下，如下圖所示。2。6信息性和可溯性如美味鮮白醋的包裝標(biāo)識(shí)，它的原料是水和食用酒精；貯存條件是陰涼處保存,開封后蓋好；執(zhí)行的商品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)（全號(hào)是GB18187-2000《釀造食醋》)是2000年頒布的第18187號(hào)關(guān)于釀造食醋的國家標(biāo)準(zhǔn);以乙酸計(jì)，它的總酸含量≥3.5g/100ml；它有食品生產(chǎn)許可證編號(hào)；它的保質(zhì)期是24個(gè)月，生產(chǎn)日期見瓶蓋.至于可溯性，就如下圖所示:它產(chǎn)自廣東省中山市，廠址是中山市中山火炬開發(fā)區(qū)廚邦路1號(hào)。2.7維修性白醋不具有維修性,變質(zhì)了的食用白醋不能通過簡單的化學(xué)反應(yīng)恢復(fù)原狀。變質(zhì)的白醋酸味刺鼻且口感異常，在搖晃后會(huì)有大泡沫泛起,而且很快消失并伴有沉淀物。儲(chǔ)存良好的過期白醋雖然看起來不會(huì)變質(zhì)，但內(nèi)部可能發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了對(duì)身體不利的物質(zhì)，所以過期的白醋最好不要使用。2.8環(huán)保性白醋從制作到銷售基本上不會(huì)危害環(huán)境。釀制白醋的主要物料有大麥、水、小麥和玉米。它的做法是首先把大麥倒在盤子里清洗干凈,然后用井水浸泡一個(gè)晚上，第二天就把浸泡過的大麥連水一起放入鍋內(nèi)，用大火煮,煮到一定程度，就要翻騰一次并換水。把大麥撈起來在一個(gè)籃子上用來將水給瀝干掉,再在鍋內(nèi)重新?lián)Q上干凈的水。把瀝過水的大麥又放入鍋內(nèi)煮，剛才在上層的倒入鍋底，鍋底的放在上層。待鍋里的水干得差不多,就要把明火撤去，只留一點(diǎn)炭火.等大麥水氣也干得差不多，鍋底的大麥微微悶黃,散發(fā)出一陣炒麥的香味的時(shí)候就熄火。將大麥一筲箕一筲箕倒入簸箕內(nèi)。麥子在簸箕里晾到還有一點(diǎn)溫的時(shí)候，就可以拌酒曲了。酒曲拌勻后,把大麥裝入一個(gè)大竹籮內(nèi)發(fā)酵。大竹籮周圍要用一些麻布、棉布等捂嚴(yán)實(shí)。大麥在竹籮內(nèi)發(fā)酵兩天后，再放入土缸內(nèi)慢慢發(fā)酵。發(fā)酵時(shí)間依季節(jié)的不同而不同，溫暖的春夏季一般需要半個(gè)月，寒冷的秋冬季需要一個(gè)月。在發(fā)酵期間，還要每天翻動(dòng)一次,從一個(gè)缸倒騰到另一個(gè)缸，發(fā)得快的和發(fā)得慢的相摻合.這期間,要觀察大麥發(fā)酵是否正常，發(fā)酵正常的大麥?zhǔn)指袥鰶龅?，如果發(fā)熱,就說明這缸大麥已經(jīng)壞了，不能再用。還有一個(gè)觀察方法是聞，正常發(fā)酵的大麥有一股淡而清香的酸味，而發(fā)壞了的大麥則是有一股酸臭的味道來的。大麥從煮到發(fā)酵的過程,都不能沾油和鹽，否則就會(huì)酸壞了。大麥發(fā)酵好后，就可以往缸內(nèi)加水了,再把水濾出來，就是白醋了。通常一缸麥可以加兩道水，第一道水濾出的是頭道醋，酸味比較濃，第二道濾出的較淡，食用時(shí)可以依據(jù)各人的口味選擇。從包裝的角度來看，白醋有揮發(fā)性，所以白醋在包裝時(shí)需密封。大部分白醋都有三道密封方式：最外層用一層蠟紙緊緊封住，中間有瓶蓋塞住，最里還有一個(gè)未被拉開的拉環(huán).有些極其便宜的白醋是用回收的啤酒瓶裝的，其密封只