驅(qū)動橋殼疲勞試驗的翻譯

1、杭州電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）外文文獻(xiàn)翻譯畢業(yè)設(shè)計（論文）題目驅(qū)動橋殼疲勞試驗機(jī)的控制部分設(shè)計翻譯題目基于有限元分析的后橋橋殼疲勞故障預(yù)測學(xué) 院機(jī)械學(xué)院專 業(yè)車輛工程姓 名馬乾班 級07010512學(xué) 號07010563指導(dǎo)教師孟慶華1. 簡介由于其較高的承載能力，整體式橋殼通常用于重型商用車。圖1為整體式橋殼結(jié)構(gòu)。在車輛的使用壽命力，由于路面不平而引起不同的作用力，這些作用力導(dǎo)致了后橋疲勞損壞，這是裝配過程所要考慮的關(guān)鍵。因此，至關(guān)重要的是橋殼的使用壽命。在大規(guī)模生產(chǎn)之前，在動態(tài)加載力和垂直力的載荷下對驅(qū)動橋殼應(yīng)進(jìn)行垂直疲勞試驗，如圖2所示。在這些測試中，預(yù)測的循環(huán)垂直負(fù)載由液壓作動器產(chǎn)生

2、，直至發(fā)生疲勞裂紋。根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動橋殼應(yīng)承受500000次無疲勞破壞載荷周期。非對稱式橋殼的垂直疲勞試驗如圖3所示，在負(fù)載周期限制之前疲勞裂紋在橋殼的某些地方產(chǎn)生。據(jù)測試在疲勞破壞前的最小負(fù)載周期為370000次。在這些測試中，列為產(chǎn)生于壓力集中的E1和E2的地區(qū)。過早失效的例子可以在圖4看出。為了預(yù)測過早失效的原因，在DATIA V5R15商業(yè)軟件中可以模擬詳細(xì)的橋殼模型。利用該模型，可以建立有限元模型?？梢酝ㄟ^商業(yè)軟件Ansys WorkbenchV11.0進(jìn)行應(yīng)力和疲勞分析。橋殼的材料特性可以從拉伸測試中得出，這些測試可以用有限元分析。最大動態(tài)軸載，可以從車輛動力學(xué)中模擬而出，也可以

3、使用商業(yè)CAE軟件RecurDyn進(jìn)行計算。通過這些分析，得出應(yīng)力集中地區(qū)。為了進(jìn)行疲勞分析，建立估計外殼材料的S-N曲線，在曲線中把疲勞強(qiáng)度修改因素考慮進(jìn)去。分析結(jié)果和垂直疲勞試驗結(jié)果進(jìn)行比較。為防止過早失效并獲得增強(qiáng)的疲勞壽命，提出一些增強(qiáng)橋殼強(qiáng)度的方案設(shè)計。圖1圖2圖3圖4圖52. 有限元模型2.2橋殼材料 橋殼是由微合金化細(xì)晶9.5毫米厚的殼焊接制成的，是熱成型的，標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)鋼S460N(材料編號1.8901，相當(dāng)于按ISO標(biāo)準(zhǔn)的E460)。該材料的化學(xué)成分可以從表1的供應(yīng)商獲得。力學(xué)性能可以在非加工S460N的文獻(xiàn)中找到。然而，一些過程中，在用于外殼材料制造業(yè)中，包括退火至800，

4、在750熱沖壓，為了在有限元分析過程中考慮力學(xué)性能的充分應(yīng)用的影響，確定了加工材料的確切性質(zhì)，從樣品中提取了五份標(biāo)本，開始橋殼的拉伸試驗。所有的測試均在室溫下進(jìn)行。從橋殼中提取的樣本的地方在熱影響范圍之外。表2給出的結(jié)果是5個試樣的最低值，并獲得他們在有限元模型中的有限使用，材料被定義為線性各向同性材料。2.3加載條件根據(jù)在垂直疲勞試驗中過早失敗可以發(fā)現(xiàn)負(fù)荷范圍，負(fù)載應(yīng)用到有限元模型當(dāng)中。測試是在一個可以提供80t的承載能力試驗臺上進(jìn)行，如圖7。該裝置由兩個電液負(fù)載細(xì)胞和一個伺服閥組成，伺服閥在連接A和B的卡鉗位置。TS代表兩個卡鉗的距離，C和D的距離TW代表實際后軸的輪距。橋殼模型是專為后軸

5、設(shè)計的，由兩個空氣彈簧支撐，如圖8。由于縱臂的幾何形狀的偏載，還產(chǎn)生扭矩力，這會導(dǎo)致額外的彎曲。額外的彎曲效應(yīng)是應(yīng)用在測試樣品中的液壓偏心距c。設(shè)計的最高靜態(tài)載荷為F=2850kg。載荷點為ZR和ZL。這會引起卡鉗A和B上的靜態(tài)反應(yīng)力P=4550kg。因為路面平整度引起的車身垂直加速度，每卡鉗的最大動態(tài)載荷力為P的兩倍。由商業(yè)軟件CAE模擬出范圍在1829100kg的載荷。垂直載荷的披露測試特性可以從圖9看出。有限元分析考慮的是9100kg的最大動載荷。垂直載荷的橋殼模型，可以參考圖10。3. 有限元分析和結(jié)果用有限元分析的方法來預(yù)測應(yīng)力集中的地方，看到拉伸和疲勞壽命相對較低的地區(qū)的確切位置。

6、P和DM被應(yīng)用到模型與圖10相關(guān)的卡鉗位置。用商業(yè)軟件ANSYS Workbench V11.0進(jìn)行應(yīng)力分析，采用1.86GHz英特爾四核至強(qiáng)軟件處理器的HPxw8400工作站。圖11顯示了有限元分析的等效應(yīng)力分布。結(jié)果顯示，有拉應(yīng)力集中的地區(qū)在F1和F2。關(guān)鍵地區(qū)和過早疲勞失效點位圖12看的的一樣。計算的最大應(yīng)力rmax=388.7MPa：78.1 %的材料屈服點。這意味著，如果是靜態(tài)發(fā)揮，橋殼模型滿足最大負(fù)荷的安全情況。4. 疲勞壽命預(yù)測由于后橋殼的力量是動態(tài)過程中加載的服務(wù)，還進(jìn)行疲勞分析。Se久極限應(yīng)力壽命估計為Se=0.504·Sut (1)可表示為不小于14000MPa的

7、極限強(qiáng)度。這代表了106甚至更多次循環(huán)的疲勞強(qiáng)度。對于在105-106次的疲勞壽命預(yù)測范圍的一部分，橋殼材料的S-N曲線據(jù)估計由文獻(xiàn)9給出一個實際的方法，它使用簡單的拉伸試驗得出數(shù)據(jù)。Se代表理想實驗室樣品的應(yīng)力極限。為了預(yù)測真實的疲勞強(qiáng)度Se，Se要乘以幾個修正因子，代表不同的設(shè)計、制造和對環(huán)境的影響疲勞強(qiáng)度。Se可以表示為 Se=KaKbKcKdKeSe (2) Ka是取決于表明光潔度的一個表面因素Ka=aSbut (3) 由于外殼表面粗糙度類似熱燙印厚冷軋薄板，推薦值為a=57.7，b=0.718。Ka=0.564,Sut=629.9MPa。另外，一個眾所周知的有利于引進(jìn)過程中殘余應(yīng)力的

8、一個組件材料表面也適用于對橋殼燙印后要增加部分的疲勞壽命。這一增長是在文獻(xiàn)中給出的高達(dá)70%。因此，Ka用于疲勞分析為0.959.對于非圓節(jié)，規(guī)模因素Kb可以假定為0.75，在深入截面小時，大于50mm。負(fù)載系數(shù)Kc為1，溫度系數(shù)Kd為1，在T=0-250環(huán)境溫度范圍內(nèi)。通過靜態(tài)有限元分析手段，我們發(fā)現(xiàn)班卓琴和手臂上過渡區(qū)為應(yīng)力集中的地方。因此，除了了上述修改因素，疲勞強(qiáng)度修正因子必須加以考慮。由靜態(tài)應(yīng)力集中系數(shù)Kt是相關(guān)的疲勞應(yīng)力集中系數(shù)Kf的方法。因此 Ke=1/Kf （4）為了安全起見，Kf被假定為與Kt相等。由于尺寸和形狀的復(fù)雜性，Kt不能來自標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)。Kt定義為 Kt=pea

9、k/nominal （5） peak是峰值應(yīng)力和缺口的名義應(yīng)力，nominal 為普通應(yīng)力，如果不發(fā)生應(yīng)力集中就會存在。peak被用作從靜態(tài)有限元分析中得到的rmax=388.7MPa。要計算 nominal，后軸被假定為一個簡單的梁，其中有一個統(tǒng)一的矩形截面X1-X1，沿軸 Y和承受彎曲的關(guān)鍵地區(qū)沿。nominal計算給出的模型如圖10nominal=M/Z (6)M為彎矩，Z是決定橫截面的截面系數(shù)。M為41.9*106N*mm。截面模量計算公式為127507mm3. nominal計算結(jié)果為329MPa。KtKf為1.181，曲線的修正因素在ANSYS Workbench V11.0用戶界

10、面定義。應(yīng)力壽命的方法來確定模型的材料疲勞壽命。全部進(jìn)行了疲勞分析，根據(jù)無限壽命標(biāo)準(zhǔn)（N=106）。Von Mises強(qiáng)調(diào)從有限元分析中得到疲勞壽命的計算。由于裝載有一個正玄波動特性（平均應(yīng)力rm>0），Goodman給出修改方法 a/Se+m/Sut=1/n （7）這里n代表安全系數(shù)。a可以表示為 a =（max-min）/2 （8） m可以表示為 m =(max+min)/2 (9) 這里根據(jù)有限元分析得出垂直載荷最大值max為9100Kg，最小值min為182Kg 。圖13可以看到n的討論。在疲勞分析的結(jié)果中，據(jù)估計，裂紋可能發(fā)生在3.6×105次循環(huán)后外殼的F1區(qū)域。

11、這低于預(yù)期的5×105次循環(huán)。n的最小值為0.93，在內(nèi)殼表面，n的最小值為0.767.計算在F2最大應(yīng)力集中的地方進(jìn)行觀察。這意味著在這兩個地區(qū)的F1和F2疲勞裂紋，可以啟動在垂直疲勞試驗的前10×105次負(fù)載周期的觀察。5.結(jié)果和討論 有限元分析表明，該區(qū)域，在垂直疲勞測試匯總發(fā)生失效的區(qū)域受到應(yīng)力集中，這可能會導(dǎo)致過早失效前預(yù)測的5×105個周期的最低限額。結(jié)果是與垂直疲勞試驗結(jié)果相一致。橋殼的疲勞壽命提高依賴于應(yīng)力集中的下降。最簡單的方法，以減少應(yīng)力集中提高疲勞壽命，增加了板材的厚度。然而，除了F1和F2區(qū)域，橋殼滿足無限壽命準(zhǔn)則。板材厚度的增加會導(dǎo)致不必要的重量增加。例如，厚度增加0.5毫米，提高了在臨界區(qū)域的橋殼材料的疲勞極限最多不超過5.8×105次個周期，高于預(yù)期的限制。 另一方面，這也意味著質(zhì)量增加5 %， 因此它不是一個實際的解決方案。作為替代方案，過渡幾何區(qū)可能重新設(shè)計。平滑過渡幾何形狀可以提供沒有任何重量增加的疲勞壽命。此外，加固環(huán)的形狀也影響著應(yīng)力集中。在所研究的設(shè)計，環(huán)的厚度為20mm。為了預(yù)測環(huán)的影響，有限元分析重復(fù)無環(huán)的情況。最大von Mises得到的應(yīng)力，在關(guān)鍵地