【摘要】：車輪是車輛的重要部件,車輛的動(dòng)力學(xué)行為最終要通過(guò)車輪和地面產(chǎn)生摩擦作用來(lái)實(shí)現(xiàn),而輪轂是車輪的骨架和基礎(chǔ),作為汽車和路面間的唯一接觸部件,輪轂在工作中承受極為復(fù)雜的載荷,常常處于多軸應(yīng)力狀態(tài),其可靠性對(duì)車輛行駛的安全性至關(guān)重要,故應(yīng)用多軸疲勞理論對(duì)輪轂的疲勞壽命進(jìn)行研究有十分重要的意義。本文以某款商用車的輪轂總成為研究對(duì)象,對(duì)其在多軸載荷下的損傷特點(diǎn)和壽命預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了深入研究。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:以多參數(shù)載荷下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布特點(diǎn)和影響因素為研究?jī)?nèi)容對(duì)薄壁圓筒試件和輪轂進(jìn)行了建模仿真,結(jié)果表明多參數(shù)載荷下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布將隨著多參數(shù)載荷的變化而發(fā)生改變,各載荷的幅值比和相位差會(huì)對(duì)應(yīng)力分布產(chǎn)生影響,結(jié)構(gòu)屬于多點(diǎn)破壞狀態(tài),多軸疲勞理論適用于此情況下結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測(cè)�；谂R界平面理論,對(duì)薄壁圓筒試件進(jìn)行了有限元仿真,并通過(guò)將試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比評(píng)估了幾種常用多軸疲勞壽命模型的預(yù)測(cè)精度。結(jié)果表明臨界面的位置和損傷參量與等效應(yīng)力幅值和各載荷相位角有關(guān);幾種常用的多軸壽命模型中,KBM模型以最大剪應(yīng)變幅平面為臨界平面,并考慮了臨界平面上的法向應(yīng)變對(duì)裂紋發(fā)展的作用,對(duì)處于多軸應(yīng)力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測(cè)效果較好。建立了輪轂總成的有限元模型,根據(jù)實(shí)際行駛工況定義了模型的邊界條件,對(duì)模型網(wǎng)格大小和離散載荷步的選取方式進(jìn)行了探討,提出了一種多軸應(yīng)力狀態(tài)判斷方法,對(duì)輪轂關(guān)鍵部位的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了判定,最終得到了常幅載荷下輪轂的關(guān)鍵部位及其臨界面位置和預(yù)測(cè)壽命。結(jié)果表明,在進(jìn)行離散載荷步的選取時(shí)必需充分考慮結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位受力的峰谷值情況;提出的適用于空間應(yīng)力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的多軸應(yīng)力狀態(tài)判斷方法能夠區(qū)分單軸應(yīng)力狀態(tài)、多軸比例和多軸非比例應(yīng)力狀態(tài);輪轂螺栓孔附近區(qū)域和通風(fēng)孔附近區(qū)域?yàn)檩嗇灲Y(jié)構(gòu)的兩個(gè)關(guān)鍵部位且其均處于多軸非比例應(yīng)力狀態(tài),輪轂最容易發(fā)生疲勞損傷的部位為螺栓孔附近區(qū)域。對(duì)多軸隨機(jī)載荷下結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測(cè)方法和流程進(jìn)行了探討,應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真對(duì)多軸隨機(jī)加載試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了模擬,將仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比以驗(yàn)證預(yù)測(cè)方法的有效性,并基于此方法對(duì)輪轂關(guān)鍵部位在隨機(jī)載荷下的疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明本文提出的多軸隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法和多軸疲勞分析模型在進(jìn)行高周壽命預(yù)測(cè)時(shí)效果較好,適用于輪轂結(jié)構(gòu)的疲勞可靠性分析。
【圖文】：

２．邋２多參數(shù)載荷下薄壁圓筒試件的應(yīng)力特點(diǎn)逡逑２．邋２．１試件式樣及性能參數(shù)逡逑試件為如圖２．１所示的薄壁圓筒試件，試件中部標(biāo)距段的壁厚為０．００１５ｍ，試逡逑件中部垂直于水平面方向開有一半徑為0．00３ｍ的圓孔，孔深為０．００１ｍ；另外在圓逡逑孔和標(biāo)距段的軸線方向同時(shí)開有一槽，槽由正方形和半圓形組成，正方形的邊長(zhǎng)逡逑為０．００６ｍ，半圓形的半徑為０．００３ｍ，槽深同樣為０．００１ｍ。試件為ＴＣ４合金材料，逡逑材料參數(shù)為：彈性模量Ｅ＝１０８．４ＧＰａ，泊松比ｖ＝０．２５，屈服強(qiáng)度（７ｖ＝９４２．４ＭＰａ。在逡逑對(duì)試件進(jìn)行加載時(shí)，將試件的一端固定，另一端同時(shí)施加拉壓載荷Ｆ和扭轉(zhuǎn)載荷Ｔ。逡逑－逡逑Ｉ邐邐靡逡逑圖２．１薄壁圓筒試件示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｉｎ邋ｗａｌｌ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ逡逑６逡逑

在給定等效應(yīng)力幅值為２００ＭＰａ的情況下，保持拉扭載荷同相，，逡逑將拉壓應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的幅值比從０：１變化至１：０，試件上最大等效應(yīng)力點(diǎn)的分布逡逑隨幅值比的變化情況如圖２．３所示。由圖可知，當(dāng)拉壓應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的幅值比從逡逑０：１變化至１：０時(shí)，薄壁試件的最大等效應(yīng)力點(diǎn)從槽底逐漸變化到圓孔邊緣。逡逑（ａ）拉扭應(yīng)力幅值比０：１邐（ｂ）拉扭應(yīng)力幅值比１：１逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U463.343

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2653349