本文關(guān)鍵詞：基于沖裁毛刺影響的疲勞壽命分析研究

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【摘要】：汽車鈑金結(jié)構(gòu)的疲勞性能是鈑金結(jié)構(gòu)的一個(gè)非常重要的性能。鈑金厚度只有0.6mm~3mm,鈑金零件一般都會(huì)經(jīng)過沖裁,拉延,切邊等工序而成。鈑金零件厚度薄,形貌特征多容易發(fā)生應(yīng)力集中,造成疲勞開裂。疲勞開裂的部位一般都發(fā)生在鈑金的邊緣或孔的邊緣,而這些邊緣部位都存在沖裁毛刺,沖裁毛刺會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)力集中,降低疲勞壽命。為了能夠更進(jìn)一步的準(zhǔn)確預(yù)測鈑金結(jié)構(gòu)疲勞壽命,研究出毛刺對鈑金零件疲勞性能的影響,對毛刺進(jìn)行了數(shù)值模擬,提出了考慮毛刺對疲勞性能影響的疲勞壽命計(jì)算方法,能夠定量的分析出毛刺對鈑金結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響,提高疲勞壽命的計(jì)算準(zhǔn)確性。首先,研究了沖裁毛刺數(shù)值模擬的基本原理。文章闡述了毛刺的形成機(jī)理以及毛刺對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞壽命的影響。運(yùn)用線彈性單元對毛刺進(jìn)行數(shù)值模擬,推導(dǎo)出數(shù)值模擬的毛刺單元本構(gòu)方程。根據(jù)有限元基本原理與毛刺單元的本構(gòu)方程推導(dǎo)出了毛刺單元有限元模擬的基本原理并計(jì)算了毛刺單元的應(yīng)力與應(yīng)變。其次,根據(jù)毛刺數(shù)值模擬的基本原理以及疲勞壽命預(yù)測的基本理論,提出了在有限元模型中添加毛刺單元后結(jié)構(gòu)的疲勞壽命計(jì)算方法。毛刺對鈑金結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中,為了計(jì)算出毛刺對疲勞壽命的影響,首先在有限元中計(jì)算出毛刺對鈑金結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響。在結(jié)構(gòu)的有限元模型中添加毛刺單元,運(yùn)用線彈性單元模擬毛刺對結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的程度,計(jì)算單元應(yīng)力與應(yīng)力集中系數(shù),同時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-壽命曲線或應(yīng)變-壽命曲線與結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的載荷歷程,根據(jù)線性損傷積累理論計(jì)算出零件的疲勞壽命。為了驗(yàn)證計(jì)算壽命的準(zhǔn)確程度,針對有毛刺零件與去毛刺零件進(jìn)行疲勞壽命試驗(yàn),驗(yàn)證了基于毛刺影響的疲勞壽命計(jì)算方法的精確度。最后,考慮毛刺對結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響,對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化并驗(yàn)證。同時(shí)對添加毛刺單元后結(jié)構(gòu)的疲勞壽命計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)毛刺對滑移門止動(dòng)機(jī)構(gòu)疲勞壽命有非常大的影響,毛刺、結(jié)構(gòu)特征等因素造成止動(dòng)機(jī)構(gòu)的壽命不足。因此,以滑移門止動(dòng)機(jī)構(gòu)為例,考慮毛刺影響的條件下,對止動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,運(yùn)用響應(yīng)面法建立結(jié)構(gòu)應(yīng)力與止動(dòng)力關(guān)于結(jié)構(gòu)變量的響應(yīng)面模型,運(yùn)用遺傳算法對優(yōu)化模型進(jìn)行求解,得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)。對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)中的疲勞危險(xiǎn)部位添加毛刺單元計(jì)算單元應(yīng)力與疲勞壽命。建立滑移門止動(dòng)機(jī)構(gòu)的疲勞臺(tái)架試驗(yàn),對止動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化前后與有毛刺狀態(tài)和去毛刺一共4種狀態(tài)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),通過對比試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后滑移門止動(dòng)機(jī)構(gòu)壽命提升超過90%,運(yùn)用基于毛刺影響的疲勞壽命分析方法后,疲勞壽命數(shù)值模擬精度提高了44%。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U466

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本文編號：1262704