基于損傷力學(xué)預(yù)測汽車鋼圈疲勞壽命的方法研究.pdf

1、汽車鋼圈在新產(chǎn)品設(shè)計階段一般需要經(jīng)過鋼圈設(shè)計、模具設(shè)計與制造、樣品制造與疲勞試驗等這樣復(fù)雜的過程,設(shè)計試制過程長、成本高。如果在新產(chǎn)品設(shè)計初期,就能預(yù)測出鋼圈的疲勞壽命,則可以大大縮短鋼圈的設(shè)計周期并減少各類耗費。因此,預(yù)測鋼圈的疲勞壽命具有十分重要的意義。通常情況下,構(gòu)件的疲勞壽命不僅會受到微結(jié)構(gòu)特征、缺陷尺寸與百分比等內(nèi)部因素的影響,也會受到服役載荷、殘余應(yīng)力等外部因素的作用。對于經(jīng)沖壓成形的鋼圈,沖壓過程會影響鋼圈的疲勞強(qiáng)度與殘余

2、應(yīng)力狀態(tài)。因此,要求在預(yù)測鋼圈的疲勞壽命時應(yīng)綜合考慮沖壓工藝與服役載荷的聯(lián)合作用。而現(xiàn)行的鋼圈疲勞壽命預(yù)測方法僅考慮了服役載荷的影響,忽略了鋼圈在沖壓成形后存在的微孔洞與殘余應(yīng)力。微孔洞的形成與殘余應(yīng)力的聚集在當(dāng)前生產(chǎn)實際中難以避免,且對疲勞壽命影響較大,同時現(xiàn)行的疲勞壽命預(yù)測方法又很難為上述問題給予滿意的解答。因此,非常有必要引進(jìn)新的疲勞損傷理論并在充分考慮沖壓成形因素的條件下對鋼圈疲勞壽命的預(yù)測方法進(jìn)行研究。本文的創(chuàng)新點如下:

3、>　　 1、考慮到?jīng)_壓殘余應(yīng)力與微孔洞對汽車鋼圈疲勞壽命的影響,構(gòu)造一個適合于鋼圈的疲勞損傷耗散勢函數(shù),利用殘余應(yīng)力的線性疊加原理,并根據(jù)損傷力學(xué)的原理進(jìn)行推導(dǎo),從而建立起一個汽車鋼圈疲勞壽命預(yù)測的數(shù)學(xué)模型。
　　 2、基于應(yīng)變等效假設(shè)的疲勞損傷耦合理論,發(fā)展一種適用于任意載荷的損傷力學(xué)一附加載荷一有限元法的求解方法。該方法考慮到鋼圈的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且承受旋轉(zhuǎn)載荷,以循環(huán)次數(shù)劃分步長計算疲勞損傷累積,以附加載荷計算鋼圈的有效應(yīng)力,

4、把鋼圈內(nèi)的損傷等效為外力施加在鋼圈上,不僅節(jié)省計算時間,而且還不需要識別節(jié)點荷載的大小與方向。
　　 3、考慮沖壓殘余應(yīng)力的鋼圈疲勞壽命預(yù)測方法,其中最關(guān)鍵的問題之一就是如何從沖壓成形數(shù)值模擬中提取殘余應(yīng)力并引入到疲勞壽命預(yù)測之中。為此,本文采用網(wǎng)格信息映射技術(shù),通過MATLAB編寫的接口程序提取沖壓殘余應(yīng)力并映射到鋼圈結(jié)構(gòu)分析的有限元模型上,解決沖壓成形仿真軟件Dynaform與結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS之間的數(shù)據(jù)交換問題,實現(xiàn)在