铝合金车轮双轴疲劳试验和应力应变分析

发布时间：2020-05-23 00:51

【摘要】：本文以典型的低压铸造铝合金车轮作为研究对象,采用双轴疲劳试验和有限元模拟相结合的方法,从材料组织、力学性能、可靠性试验和有限元模拟等方面,对车轮双轴疲劳性能和结构进行了分析。对车轮结构的改进提出建议。采用低压铸造的方式生产出合格的、品质一致的试验车轮,并对其组织、力学性能进行分析,为试验提供基础。按照双轴疲劳试验方法,对选取的试验车轮进行了静态预压车轮内轮缘预损伤试验,模拟再现汽车车轮在通过坑洼凹凸路面或障碍物后的内轮缘损伤情况。利用双轴疲劳试验方法模拟车轮路试试验,得到车轮失效和疲劳裂纹的数据。试验结果表明,静态预压处理方法对车轮内轮缘预损伤情况相当,且经过双轴疲劳试验后,疲劳裂纹出现的位置在内轮缘发生预变形的位置,但是两个取样车轮裂纹长度相差较远。其中样品1号车轮,即裂纹长度较长的车轮被定义为异常失效车轮,样品2号车轮则为正常失效车轮,而试验中出现的异常失效的车轮,对其失效位置进行分析后发现,车轮内轮缘位置的氧化夹渣异物且组织不均匀是导致其异常疲劳失效的主要原因。利用有限元分析的方法,对双轴疲劳试验进行了模拟分析,并对试验分析结果和模拟分析结果进行了对比。有限元模拟结果显示,车轮轮心与轮辐交界位置为应力集中点,应为疲劳断裂的位置。通过对车轮双轴疲劳试验过程中的应变测量和计算发现,内轮缘预变形位置为应力集中位置。说明经过内轮缘预变形的车轮在进行双轴疲劳试验时,该位置成为应力释放点,最终形成失效。利用径向冲击试验和有限元分析,验证车轮内轮缘为该车轮结构薄弱点,为结构优化提出建议。
【图文】：

向冲击试验、轮辋强度试验等检测车轮的静力强度，也间接与疲美国试验与材料协会制定的标准(标准号 ASTM E206-72)[2]，以及料必须在某个点或者若干个点承受扰动应力作用，扰动应力经过循环次数或者周期之后，出现裂纹或者完全断裂的情况，这个裂程称之为疲劳[3]。许多在重复交变应力下的等幅疲劳试验是韦勒在进行的，并在全世界中首次对疲劳问题进行了系统的研究[4]。应反比，即应力幅值越大，疲劳寿命越小。当人为地将应力幅值控值的时候，试验工件将不再发生断裂和产生裂纹。通过理论研究 S-N 曲线(应力幅值与疲劳寿命关系曲线)和疲劳极限的概念；而且题上，应力幅值的重要性比应力最大值的重要性要大很多[5]。因试验之父”，并且为了纪念其卓越的贡献，S-N 曲线又被称为“

图 1-2 铝合金车轮术语和各部分名称[7]1.3 车轮可靠性试验1.3.1 双轴疲劳试验的发展2011 年 9 月下旬，秦皇岛中信戴卡股份有限公司首次完成双轴疲劳试验机的安装和调试，该双轴疲劳试验机是由德国Makra公司和FEAG公司共同制造的B型机，是亚洲首台双轴疲劳试验机。该试验机可以完成宝马、奔驰和大众等主机厂大部分乘用车型的双轴疲劳试验。目前已通过德国奔驰、宝马、大众、沃尔沃和法国标致的认可。双轴疲劳试验通过模拟车辆行驶时车轮的受力状态，，检测车轮在复杂受力情况下的疲劳性能[8]。该试验机通过转鼓的内壁给车轮提供径向载荷，通过转鼓的止推环给车轮提供侧向载荷配合倾角使车轮受力状态接近实际路况时车轮的受力状态。目前在国内没有关于车轮双轴试验的技术和方法，双轴试验机的引进对我国车
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.34

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本文编号：2676873