通過有限元分析預測汽車后橋殼模型的疲勞失效

摘要：在對后橋殼模型進行垂直疲勞測試中，發(fā)現(xiàn)早期失效比預期的負荷循環(huán)提前發(fā)生。在這些測試中，裂紋主要來自同一地區(qū)的測試樣本。為確定失效產(chǎn)生的原因，為橋殼設計了一個詳細的CAD模型。拉伸試驗確定了外殼材料的力學性質(zhì)。利用這些數(shù)據(jù)，通過有限元法來進行應力分析和疲勞分析。從而在失效發(fā)生前確定疲勞裂縫的萌生位置和負荷循環(huán)的最小周期數(shù)。這些測試提供了可與分析相比較的結(jié)果。增強型設計方案為增加外殼壽命提出了解決方法。
關(guān)鍵詞：后橋殼；應力集中；疲勞；有限元分析

1.導言：
由于其較高的載荷能力，重型商用車較為典型地都使用實心軸【1】。實心軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。在車輛服務年限間，由路面粗糙度引起的動力產(chǎn)生動應力且這些動應力導致了橋殼的疲勞失效。而這是裝配中運輸零件的主要負荷。因此對預期中的使用壽命來說，橋殼對疲勞失效的抵抗是至關(guān)重要的。在進行大規(guī)模生產(chǎn)之前，必須借助如圖表2中顯示的垂直疲勞試驗，確定在動態(tài)垂直力下橋殼模型的載荷能力和疲勞壽命。在這些測試中，預測中的循環(huán)豎向荷載通過液壓傳動裝置應用于樣品中直至開始出現(xiàn)疲勞裂紋。根據(jù)驗收標準，一個外殼模型必須能抵 的負荷循環(huán)才能消除一次疲勞失效。在對不對稱型橋殼如圖表3所示進行垂直疲勞試驗時，其中的一些模型在達到負荷循環(huán)極限前就開始出現(xiàn)疲勞裂縫。觀察發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)疲勞失效前的最低負載循環(huán)大約為 .從這些試驗中發(fā)現(xiàn)裂縫產(chǎn)生于對接過渡區(qū)E1和E2.從圖表4可以看到早期失效的例子。
為預測早期失效的原因，在CATIA-V5R15商業(yè)軟件中形成了一個具體的堅固的外殼模型。通過使用這個模型，構(gòu)成有限元模型。憑借ANSYS Workbench V11.0商業(yè)有限元軟件進行應力分析和疲勞分析。從拉伸測試中獲知外殼材料的特性，這在有限元分析中得到利用。從車輛的動態(tài)仿真中獲得的最大動態(tài)軸負載通過RecurDyn這一種商業(yè)計算機輔助教育軟件進行演示，這一方式也得到應用。通過這些分析，了解了應力集中區(qū)域。為進行疲勞分析，通過考慮疲勞強度修飾因子