發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體疲勞可靠性模擬試驗(yàn)基礎(chǔ)問題研究.pdf

1、疲勞可靠性是汽車關(guān)鍵零部件的重要性能指標(biāo)之一，也是我國(guó)汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平的主要差距所在。本文以CAE仿真分析方法和強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)技術(shù)為手段，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體疲勞特性進(jìn)行了深入研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1)基于有限元分析方法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體疲勞模擬試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行CAE仿真分析，建立了較為完備的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，研究了疲勞試?yàn)中加載軸類型(半軸、全軸)及軸瓦裝配參數(shù)(間隙、過盈量)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體相應(yīng)部位的應(yīng)力特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與全軸傳

2、遞方式相比，半軸傳遞作用下的軸瓦接觸壓力、主軸承座應(yīng)力及軸承孔變形等均較大。應(yīng)力隨軸瓦裝配過盈量增大而增大，而軸瓦間隙對(duì)應(yīng)力的影響作用相對(duì)復(fù)雜。
　　2)為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)中裂紋發(fā)生診斷的自動(dòng)化、智能化，通過經(jīng)典時(shí)序分析方法對(duì)試驗(yàn)過程中采集的動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行AR模型參數(shù)估計(jì)，時(shí)序模型中殘差方羞特征量對(duì)裂紋發(fā)生非常敏感，應(yīng)變時(shí)序信號(hào)的微小變化便可使模型殘差方差發(fā)生突變，因此，利用時(shí)間序列的殘差方差可定性地診斷裂紋的發(fā)生。基

3、于CAE仿真分析，對(duì)機(jī)體進(jìn)行裂紋預(yù)制，并采用“應(yīng)變相對(duì)變化量”方法對(duì)裂紋進(jìn)行定位分析，通過損傷指標(biāo)可以對(duì)裂紋的發(fā)生位置進(jìn)行識(shí)別。損傷位置指標(biāo)利用了各點(diǎn)應(yīng)變的相關(guān)性，具有定位精度高的特性，論文采用對(duì)機(jī)體預(yù)制裂紋的方法進(jìn)行了驗(yàn)證，通過計(jì)算可知定位誤差約為2.25％。
　　3)由于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使在簡(jiǎn)單載荷的作用下，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位仍然呈現(xiàn)多軸應(yīng)力狀態(tài)，如凸輪軸孔與主油道孔貫穿部位。這些部位需采用多軸疲勞損傷模型進(jìn)行疲勞壽命

4、預(yù)測(cè)。論文在現(xiàn)行的應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)缺口試件的多軸疲勞損傷模型的基礎(chǔ)上，以臨界平面內(nèi)的剪切應(yīng)變與正應(yīng)變的非線性組合作為損傷控制參量，提出了一種新的基于臨界平面的多軸疲勞損傷模型，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該損傷模型的正確性。
　　4)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體生產(chǎn)成本較高，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)等特點(diǎn)，采用小樣本試件對(duì)機(jī)體疲勞極限進(jìn)行預(yù)測(cè)，以最小二乘法反推壽命為1000次的載荷為低周疲勞載荷點(diǎn)，將其應(yīng)用于SAFL方法中對(duì)疲勞極限值進(jìn)行預(yù)測(cè)，分別采用Gauss分布和Wei

5、bull分布進(jìn)行疲勞可靠性統(tǒng)計(jì)。通過對(duì)多組疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析可知，Gauss分布統(tǒng)計(jì)的母體樣本均值和方差與Weibull分布統(tǒng)計(jì)的差別甚微，但是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響擬合的精度。
　　5)采用標(biāo)準(zhǔn)裂紋和缺口構(gòu)件對(duì)機(jī)體凸輪軸孔部位應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行等效，將斷裂力學(xué)概念引入到機(jī)體疲勞極限預(yù)測(cè)中，通過疲勞試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)裂紋的對(duì)比將疲勞試驗(yàn)的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)裂紋的對(duì)比，計(jì)算材料的疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻值，通過應(yīng)力強(qiáng)度因子門檻值對(duì)相同材料、相同生產(chǎn)工藝的