計(jì)及成形因素預(yù)測汽車鋼圈多軸疲勞壽命的研究.pdf

1、動(dòng)態(tài)彎曲疲勞壽命是汽車鋼圈重要的性能指標(biāo),目前其預(yù)測方法仍局限于名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變法。學(xué)者們多年的研究取得了一定成果,對(duì)預(yù)測汽車鋼圈的疲勞壽命起了較為重要的作用。但這些方法均未考慮成形工藝過程所導(dǎo)致的厚度分布不均和殘余應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的影響,并且大多忽略了鋼圈表面的多軸應(yīng)力狀態(tài),所得結(jié)果與實(shí)際情況存在較大差距,難以真正應(yīng)用于工程實(shí)際。因此,考慮成形工藝因素影響,研究汽車鋼圈多軸疲勞壽命的預(yù)測是一種新的途徑。
　　 本文針對(duì)鋼

2、圈結(jié)構(gòu)和工況特點(diǎn),從冷沖壓成形工藝角度出發(fā),采用增量法成形數(shù)值模擬和網(wǎng)格信息映射技術(shù),結(jié)合多軸疲勞損傷模型和有限元分析方法,探討了集成沖壓成形數(shù)值模擬、有限元分析的多軸疲勞壽命預(yù)測方法,較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼圈疲勞壽命的預(yù)測。該方法旨在鋼圈結(jié)構(gòu)分析之前,對(duì)鋼圈由成形過程引起的殘余應(yīng)力和厚度分布不均進(jìn)行預(yù)分析,并將預(yù)分析結(jié)果引入結(jié)構(gòu)分析和多軸疲勞壽命預(yù)測中,以獲得更加真實(shí)可靠的分析和預(yù)測結(jié)果。主要包括以下幾方面工作:
　　 1、采用增

3、量法的成形數(shù)值模擬輪輻的多工步?jīng)_壓成形工藝過程,根據(jù)成形極限圖(FLD)和厚度減薄率所預(yù)示出的缺陷,給出工藝改進(jìn)方案,解決輪輻在反拉深成形過程中被拉裂的問題,降低成形厚度減薄率,改善成形性能,為輪輻成形工藝的制定和模具的設(shè)計(jì)提供可靠指導(dǎo)。
　　 2、考慮成形因素對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響,關(guān)鍵問題之一是如何將成形數(shù)值模擬結(jié)果引入結(jié)構(gòu)分析中。采用網(wǎng)格信息映射技術(shù),結(jié)合ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL和MATLAB編程,解決DYNAFORM和

4、ANSYS之間數(shù)據(jù)交換問題,實(shí)現(xiàn)成形數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)有限元分析的有機(jī)結(jié)合。根據(jù)鋼圈的彎曲疲勞試驗(yàn),建立結(jié)構(gòu)有限元分析模型,著重研究成形殘余應(yīng)力和厚度變化對(duì)鋼圈強(qiáng)度、剛度的影響。
　　 3、圍繞鋼圈的疲勞壽命預(yù)測問題,通過對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)的提取和計(jì)算,確定其處于多軸應(yīng)力狀態(tài);基于多軸疲勞損傷平面概念,確定關(guān)鍵點(diǎn)臨界平面方向及該平面上的剪應(yīng)變、法向應(yīng)變歷程,應(yīng)用Brown-Miller多軸疲勞損傷模型進(jìn)行壽命評(píng)估,探討各成形因素對(duì)