基于膜片疲劳寿命分析的车用喇叭结构参数优化研究

发布时间：2019-08-28 10:09

【摘要】：为了引起道路上行人和往来车辆的注意,确保我们的行车安全,每辆汽车上都配备了电喇叭,其性能的好坏将会直接关系着交通安全,因此喇叭的作用不能忽视。国内的汽车用户对喇叭的使用率以及性能需求相对国外来说要高许多,而国内汽车喇叭生产厂家出于成本或者其他因素的考虑并未将喇叭的寿命与性能提高到合适的水平。本文以某车用喇叭膜片为研究对象,对其疲劳寿命进行研究,以期为膜片的结构参数设计提供参考。主要开展了如下的研究工作:从疲劳裂纹的萌生、扩展以及断裂等方面解释了疲劳产生的机理,具体说明了应力集中、载荷形式、以及表面状态等因素对疲劳寿命的影响。阐述了疲劳损伤累积理论,推导出通过线性累积损伤理论估算材料疲劳寿命的方法。描述了机械触点式汽车喇叭的基本结构及工作原理,在往复电磁力的作用下,喇叭膜片不断振动从而向外辐射声波,因此,喇叭膜片的碎裂成为喇叭失效的主要形式。利用Solidworks和Hypermesh建立喇叭膜片的有限元模型,对其划分网格,约束并求解,得到该膜片的低阶主振形,通过对比分析主振形情况,得出只有一阶模态时,膜片是做活塞式运动。再将经Hypermesh处理过的喇叭膜片三维模型导入到Ansys中进行谐响应分析,简化电磁力为正弦激励,得到关键点的频率-位移变化曲线和频率-应力变化曲线,分析主振方向及受应力最大节点,得出喇叭膜片受到最大应力位置出现在其折线带区域。通过试验采集动铁芯位移随时间变化的信息,根据刚柔耦合多体动力学的基本理论,在Adams中对喇叭膜片和动铁芯进行运动学仿真分析,获得喇叭膜片中心的载荷谱。利用疲劳分析软件Fatigue对喇叭膜片的疲劳寿命进行估计,得出该膜片使用寿命最短的地方在靠近动铁芯的折线带处,寿命为8.51×10~4次。最后基于喇叭膜片疲劳寿命的分析,根据有限差分法求解出各个因素的灵敏度,得到喇叭膜片厚度对疲劳寿命的影响最为敏感。建立正交试验,经过计算与分析,确定某车用喇叭膜片结构参数的优化方案,将喇叭膜片的疲劳寿命提高到了1.03×10~5次,为车用喇叭的结构设计提供参考。
【图文】：

滑移带

理一般包括三个阶段：疲劳裂纹萌生，疲生指疲劳裂纹的起始。在裂纹形成之后，发生扩展，最终会导致构件的断裂。裂制造过程中所产生的缺陷、孔、切口、力状态时，容易产生塑性滑移。金属材外部载荷会使构件在某个方向上的最大会产生滑移，当滑移深度达到几个微米，，如图 2-1 所示：

疲劳裂纹扩展,裂纹扩展

的扩展是构件在单轴轴向载荷的作用下形成了一条主裂纹向加载方向成 45°，与最大切应力方向平行，长度可以达的增加，其方向可能会发生偏离。主裂纹形成后将导致扩力，这主要取决于应力幅值和材料性能。体而言，循环载荷作用下引起的裂纹扩展可以认为是在裂生的剧烈的局部变形过程[32]；新的裂纹面形成是剪切和脱裂纹和裂纹顶端附近的塑性变形区只是局限于几个晶粒直着主滑移带方向以纯剪切的方式发生扩展，把这种机制形Ⅰ阶段裂纹扩展；当应力水平逐渐增大时，跨越数个晶粒端附近形成，这时裂纹扩展沿着两个滑移带同时进行或者机制定义为裂纹扩展的第Ⅱ阶段。疲劳裂纹扩展的两个阶域和粗粒状区域的区分可以明显的体现在材料疲劳破坏的面为银齿形，通常比较光滑，相反，第Ⅱ阶段是突然断裂比较粗糙。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.653

【参考文献】