重型商用车轮毂总成的多轴疲劳分析

发布时间：2020-05-07 18:09

【摘要】：车轮是车辆的重要部件,车辆的动力学行为最终要通过车轮和地面产生摩擦作用来实现,而轮毂是车轮的骨架和基础,作为汽车和路面间的唯一接触部件,轮毂在工作中承受极为复杂的载荷,常常处于多轴应力状态,其可靠性对车辆行驶的安全性至关重要,故应用多轴疲劳理论对轮毂的疲劳寿命进行研究有十分重要的意义。本文以某款商用车的轮毂总成为研究对象,对其在多轴载荷下的损伤特点和寿命预测方法进行了深入研究。主要内容包括以下几个方面:以多参数载荷下结构的应力分布特点和影响因素为研究内容对薄壁圆筒试件和轮毂进行了建模仿真,结果表明多参数载荷下结构的应力分布将随着多参数载荷的变化而发生改变,各载荷的幅值比和相位差会对应力分布产生影响,结构属于多点破坏状态,多轴疲劳理论适用于此情况下结构的疲劳寿命预测。基于临界平面理论,对薄壁圆筒试件进行了有限元仿真,并通过将试验结果和仿真结果进行对比评估了几种常用多轴疲劳寿命模型的预测精度。结果表明临界面的位置和损伤参量与等效应力幅值和各载荷相位角有关;几种常用的多轴寿命模型中,KBM模型以最大剪应变幅平面为临界平面,并考虑了临界平面上的法向应变对裂纹发展的作用,对处于多轴应力状态下结构的寿命预测效果较好。建立了轮毂总成的有限元模型,根据实际行驶工况定义了模型的边界条件,对模型网格大小和离散载荷步的选取方式进行了探讨,提出了一种多轴应力状态判断方法,对轮毂关键部位的应力状态进行了判定,最终得到了常幅载荷下轮毂的关键部位及其临界面位置和预测寿命。结果表明,在进行离散载荷步的选取时必需充分考虑结构关键部位受力的峰谷值情况;提出的适用于空间应力状态下结构的多轴应力状态判断方法能够区分单轴应力状态、多轴比例和多轴非比例应力状态;轮毂螺栓孔附近区域和通风孔附近区域为轮毂结构的两个关键部位且其均处于多轴非比例应力状态,轮毂最容易发生疲劳损伤的部位为螺栓孔附近区域。对多轴随机载荷下结构的寿命预测方法和流程进行了探讨,应用计算机仿真对多轴随机加载试验过程进行了模拟,将仿真结果和试验结果进行对比以验证预测方法的有效性,并基于此方法对轮毂关键部位在随机载荷下的疲劳寿命进行了预测。结果表明本文提出的多轴随机疲劳寿命预测方法和多轴疲劳分析模型在进行高周寿命预测时效果较好,适用于轮毂结构的疲劳可靠性分析。
【图文】：

２．邋２多参数载荷下薄壁圆筒试件的应力特点逡逑２．邋２．１试件式样及性能参数逡逑试件为如图２．１所示的薄壁圆筒试件，试件中部标距段的壁厚为０．００１５ｍ，试逡逑件中部垂直于水平面方向开有一半径为0．00３ｍ的圆孔，孔深为０．００１ｍ；另外在圆逡逑孔和标距段的轴线方向同时开有一槽，槽由正方形和半圆形组成，正方形的边长逡逑为０．００６ｍ，半圆形的半径为０．００３ｍ，槽深同样为０．００１ｍ。试件为ＴＣ４合金材料，逡逑材料参数为：弹性模量Ｅ＝１０８．４ＧＰａ，泊松比ｖ＝０．２５，屈服强度（７ｖ＝９４２．４ＭＰａ。在逡逑对试件进行加载时，将试件的一端固定，另一端同时施加拉压载荷Ｆ和扭转载荷Ｔ。逡逑－逡逑Ｉ逦逦靡逡逑图２．１薄壁圆筒试件示意图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｉｎ邋ｗａｌｌ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ逡逑６逡逑

在给定等效应力幅值为２００ＭＰａ的情况下，保持拉扭载荷同相，，逡逑将拉压应力和扭转应力的幅值比从０：１变化至１：０，试件上最大等效应力点的分布逡逑随幅值比的变化情况如图２．３所示。由图可知，当拉压应力和扭转应力的幅值比从逡逑０：１变化至１：０时，薄壁试件的最大等效应力点从槽底逐渐变化到圆孔边缘。逡逑（ａ）拉扭应力幅值比０：１逦（ｂ）拉扭应力幅值比１：１逡逑８逡逑
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.343

【参考文献】

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本文编号：2653349