扭杆滚压加工仿真及疲劳寿命分析研究

发布时间：2020-04-11 17:46

【摘要】：现阶段,在扭杆的滚压加工过程中,滚压深度、滚压速度、进给速度和滚压圈数等工艺参数主要是靠操作者积累经验,对工人技术素质及水平的要求较高,扭杆滚压加工工艺参数的选取具有相当大的不确定性,影响扭杆加工后的残余应力,从而影响扭杆的疲劳寿命。本文应用有限元分析软件,以某车型用扭杆作为研究对象,对其进行滚压工艺模拟,分析四种工艺参数(滚压深度、滚压速度、进给速度、滚压圈数)对滚压后扭杆残余应力的影响,并在施加不同残余应力下,分析扭杆疲劳寿命的变化趋势,同时通过扭杆滚压加工时的受力分析,提出在扭杆滚压加工时的一些改进方法。首先在ABAQUS中建立了滚压仿真实体模型,根据实际滚压加工工艺的特点,对扭杆滚压加工过程进行必要的简化;计算了材料的本构方程;设置了扭杆有限单元类型;定义了材料的参数;并对滚压实体模型进行了网格划分,建立了滚压有限元模型;同时根据扭杆在滚压加工过程中的实际情况,对其定义了仿真边界条件和接触条件。其次建立了滚压加工仿真的模拟方案,分析研究了四种工艺参数(滚压深度、滚压速度、进给速度、滚压圈数)在滚压后影响扭杆残余应力的规律。分析得出:在扭杆表层,残余压应力值随滚压深度增加而增大;增大滚压速度,扭杆表层残余压应力值也逐渐增大,并且较低的滚压速度有助于残余应力的分布均匀;增大进给速度,扭杆表层残余压应力值则减小,并且较低的进给速度有助于残余应力的分布均匀;增加滚压圈数,扭杆表层的残余压应力呈现先增大后减小最后持平的趋势;这些规律为滚压加工工艺参数选择奠定了一定的基础,同时为后续残余应力与疲劳寿命关系研究奠定了基础。然后建立了扭杆和扭转臂实体模型,详细介绍了模型的网格划分以及边界条件、载荷的施加,分析了扭杆的静强度,得出扭杆的最大等效应力为648.1MPa,扭杆的最大剪切应力为300.1MPa,最大应力位置出现在扭杆的过渡圆角处;得到了扭杆的等效应力分布,为后续分析扭杆的疲劳寿命做准备;分析得出了扭杆的最小疲劳寿命为1132400次,扭杆最小疲劳寿命发生在扭杆过渡圆角部位,这是由于扭杆过渡圆角部位是应力集中区,因此在设计圆角部位时应该注意结构的优化和工艺的改进;通过施加不同的残余应力,研究了疲劳寿命随着残余应力变化的趋势,得出了残余应力与疲劳寿命的关系;残余压应力会降低扭杆的疲劳寿命,残余拉应力则能够增大扭杆的疲劳寿命;随着残余压应力的增大,疲劳寿命也随之增大,在残余压应力大于等于600MPa时,扭杆疲劳寿命已经大于10e7次;计算出了扭杆在不同滚压参数下的残余应力对应的疲劳寿命,通过对比不同参数下扭杆的残余应力及疲劳寿命,得出了最佳的滚压工艺参数。最后通过扭杆滚压加工时的受力分析,针对扭杆的刚性差对扭杆加工质量的影响,提出在扭杆滚压加工时的一些改进方法,以获得更好的加工质量。
【图文】：

1 绪论铁路运输是五大现代化的交通运输方式之一，拥有非常特殊及货物的运输都需要铁路运输，因而发展铁路运输是至关重路发展的新趋势，其具有运载能力大、速度快、能耗低以及为世界铁路发展的新趋势[1]。2004 年，我国从发达国家引进路装备技术；2008 年，我国第一条具有自主产权的京津高速80 公里的国产高速列车下线运营，标志着我国在铁路领域已所示，扭杆是高铁列车抗侧滚装置的关键零部件，高铁列车息息相关。

图 1.2 滚压加工原理类型工艺可使用通用机床来完成，普通车床和数控车床经过改工具主要是有两部分构成的，一是滚压元件（滚压体），，形状将滚压加工分为：滚柱滚压、滚轮滚压和滚珠滚压。滚压
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

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本文编号：2623865