計及成形因素預測汽車鋼圈多軸疲勞壽命的研究.pdf

1、動態(tài)彎曲疲勞壽命是汽車鋼圈重要的性能指標,目前其預測方法仍局限于名義應力法和局部應力應變法。學者們多年的研究取得了一定成果,對預測汽車鋼圈的疲勞壽命起了較為重要的作用。但這些方法均未考慮成形工藝過程所導致的厚度分布不均和殘余應力對疲勞壽命的影響,并且大多忽略了鋼圈表面的多軸應力狀態(tài),所得結(jié)果與實際情況存在較大差距,難以真正應用于工程實際。因此,考慮成形工藝因素影響,研究汽車鋼圈多軸疲勞壽命的預測是一種新的途徑。
　　 本文針對鋼

2、圈結(jié)構(gòu)和工況特點,從冷沖壓成形工藝角度出發(fā),采用增量法成形數(shù)值模擬和網(wǎng)格信息映射技術(shù),結(jié)合多軸疲勞損傷模型和有限元分析方法,探討了集成沖壓成形數(shù)值模擬、有限元分析的多軸疲勞壽命預測方法,較準確地實現(xiàn)了對鋼圈疲勞壽命的預測。該方法旨在鋼圈結(jié)構(gòu)分析之前,對鋼圈由成形過程引起的殘余應力和厚度分布不均進行預分析,并將預分析結(jié)果引入結(jié)構(gòu)分析和多軸疲勞壽命預測中,以獲得更加真實可靠的分析和預測結(jié)果。主要包括以下幾方面工作:
　　 1、采用增

3、量法的成形數(shù)值模擬輪輻的多工步?jīng)_壓成形工藝過程,根據(jù)成形極限圖(FLD)和厚度減薄率所預示出的缺陷,給出工藝改進方案,解決輪輻在反拉深成形過程中被拉裂的問題,降低成形厚度減薄率,改善成形性能,為輪輻成形工藝的制定和模具的設(shè)計提供可靠指導。
　　 2、考慮成形因素對結(jié)構(gòu)性能的影響,關(guān)鍵問題之一是如何將成形數(shù)值模擬結(jié)果引入結(jié)構(gòu)分析中。采用網(wǎng)格信息映射技術(shù),結(jié)合ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言APDL和MATLAB編程,解決DYNAFORM和

4、ANSYS之間數(shù)據(jù)交換問題,實現(xiàn)成形數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)有限元分析的有機結(jié)合。根據(jù)鋼圈的彎曲疲勞試驗,建立結(jié)構(gòu)有限元分析模型,著重研究成形殘余應力和厚度變化對鋼圈強度、剛度的影響。
　　 3、圍繞鋼圈的疲勞壽命預測問題,通過對關(guān)鍵點應力應變數(shù)據(jù)的提取和計算,確定其處于多軸應力狀態(tài);基于多軸疲勞損傷平面概念,確定關(guān)鍵點臨界平面方向及該平面上的剪應變、法向應變歷程,應用Brown-Miller多軸疲勞損傷模型進行壽命評估,探討各成形因素對