车辆结构有限元疲劳分析

《车辆结构有限元疲劳分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、车辆结构有限元分析常熟理工学院（东南校区）汽车工程学院——胡顺安第九章车辆结构有限元疲劳分析结构疲劳分析基础应力疲劳分析典型材料试件应力疲劳分析发动机连杆的应力疲劳分析一、结构疲劳分析基础车辆是运动并承载的机械，其结构承受的载荷大部分都是交变载荷。零部件失效中，由疲劳裂纹引起的结构失效断裂事故占总断裂事故的70％--80％以上，约有50％--90％的机械结构的破坏属于疲劳破坏。一、结构疲劳分析基础人们对车辆结构疲劳的研究主要集中在车辆的承载结构，如悬架、车轮、车架、横向稳定杆、发动机连杆、传动轴等。一、结构疲劳分析基础疲劳失效的原因有哪些呢

2、？1）设计原因2）材质原因3）制造(工艺)原因4）其他原因（安装调试、维修运转等）一、结构疲劳分析基础1.疲劳分类疲劳通常分为两类：第一种是高周疲劳，即：在载荷的循环次数（104~109）高的情况下产生的，应力通常比材料的极限强度低，一般采用应力疲劳分析法；第二种是低周疲劳，在循环次数相对较低时发生，一般采用应变疲劳分析法。塑性变形常常伴随低周疲劳。对于车辆结构的疲劳分析：承载系统的结构一般采用应变疲劳分析，传动系统的零部件一般采用应力疲劳分析。一、结构疲劳分析基础2.疲劳破坏的特点1）疲劳发生的外部原因是扰动应力；2）疲劳破坏产生于局部；

3、3）疲劳是一个发展的过程从疲劳裂纹的形成到裂纹扩展，以致最后断裂，是疲劳损伤逐渐累积的过程。一般分为三个阶段：裂纹萌生、裂纹扩展和最后失稳扩展断裂。一、结构疲劳分析基础3.疲劳分析的基本流程材料的疲劳特性S-N曲线E-N曲线有限元静力学分析结果载荷谱疲劳分析方法疲劳寿命二、应力疲劳分析1.S-N曲线在ANSYSWB中S-N曲线是通过点定义的。二、应力疲劳分析1.S-N曲线S-N曲线又被称为材料的疲劳性能，用于描述应力S和破坏时的寿命N之间的关系。描述循环应力需要两个量：应力比R=Smin/Smax和应力幅Sa=（Smax-Smin）/2。二

4、、应力疲劳分析2.应力疲劳分析流程定义S-N曲线设置疲劳分析类型选择载荷类型平均应力修正应力分量的选取疲劳修正应力疲劳分析恒幅，比例载荷恒幅，非比例载荷非恒幅，比例载荷非恒幅，非比例载荷GoodMan法Soderberg法Gerber法None不进行修正MeanStressCurvesX方向应力/Y/ZXY平面应力YZ平面应力XZ平面应力VonMises应力带符号的VonMises应力最大剪应力最大主应力最大主应力最大值定义有限寿命数值疲劳强度系数载荷缩放系数二、应力疲劳分析2.应力疲劳分析流程二、应力疲劳分析3.材料基本的S-N曲线裂纹萌

5、生裂纹扩展最后失稳扩展断裂材料疲劳性能试验所用标准试件一般是小尺寸(3-10mm）光滑圆柱试件。材料的基本S-N曲线，给出的是光滑材料在恒幅对称应力作用下的裂纹萌生寿命。二、应力疲劳分析S-N曲线的数学表达式有：（1）幂函数式SmN=ClgS=A+B·lgN(Log-Log)（2）指数式emsN=CS=A+B·lgN(Semi-Log)A=lgC/mB=-1/mm和C与材料、应力比、加载方式有关。（3）三参数式（S-Sf）m·N=C（4）S-N曲线的近似估值定义S-N曲线二、应力疲劳分析4.设置疲劳分析类型设置疲劳分析类型应力疲劳分析Str

6、essLife应变疲劳分析StrainLife高周疲劳低周疲劳二、应力疲劳分析5.载荷类型载荷类型Zero-BasedFullyReversedR=0R=-1Ratio指定应力比R=XHistory指定载荷时间历程非恒定幅值比例载荷二、应力疲劳分析6.平均应力对疲劳寿命的影响平均应力对疲劳寿命的影响就是考虑应力比R的变化对疲劳寿命会产生影响，从而需要对S-N曲线进行修正。ANSYSWB提供了平均应力修正的五个选项：GoodMan法Soderberg法Gerber法None不进行修正MeanStressCurves二、应力疲劳分析7.应力分量

7、的选取在进行结构应力分析的过程中，得到的是多轴应力。但在试验过程中得到的一般是单轴应力。在ANSYSWB应力疲劳分析中可以选择X、Y、Z三个方向的应力分量，VonMises应力，带符号VonMises应力等。在考虑压缩平均应力对疲劳寿命的影响中，带符号VonMises应力是非常有用的，X方向应力/Y/ZXY平面应力YZ平面应力XZ平面应力VonMises应力带符号的VonMises应力最大剪应力最大主应力最大主应力最大值二、应力疲劳分析8.疲劳强度系数KfKf是疲劳强度系数，又称为疲劳强度缩减系数（fatiguestrengthreduct

8、ionfactor）。通过这一系数对S-N曲线进行调整。通过疲劳强度系数用于反映表面加工状态等因素对疲劳强度的影响。疲劳修正定义有限寿命数值疲劳强度系数载荷缩放系数二、应力疲劳分