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1、汽车程以年第卷第期代《洲汽车钢圈多轴疲劳寿命预计王波管迪华清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室【摘要本文围绕钢圈多轴疲劳寿命预计问题,通过对钢圈上测点应变花数据的测取和计算,确定测点处于多轴应力状态基于多轴疲劳损伤的临界平面概念,简捷、有效地确定了测点临界平面方向,分析结果得到疲劳寿命预计的验证,并且与试验疲劳裂纹情况定性一致。叙词汽车钢圈多轴疲劳寿命预计一,抢夕只扮川夕一一一,,一一对向,分析结果得到疲劳寿命预计的验证,并且与试月,。舀验疲劳裂纹情况一致证明本文工作是有效的车轮由轮胎和钢圈组成。钢圈失
2、效形式主要应变花数据的测取与计算。,是疲劳破坏由于钢圈结构承受多轴向载荷而且几何形状比较复杂,导致钢圈表面处于多轴应力状应变花数据的测取和计算态。进行疲劳寿命预计时的主要是如何判断钢圈材用来评价钢圈弯曲疲劳寿命的试验主要是动态。。弯曲疲劳试验【在工程上钢圈疲劳寿命被定义为料发生疲劳裂纹的临界平面方向目前用于多轴疲劳寿命预计的方法主要有相当应力一应变法、能量在一定的弯矩载荷作用下,钢圈发生疲劳破坏时绕。法和临界平面法由于临界平面法充分强调了损旋转轴的转动圈数。根据钢圈有限元和试验应,力分析结果,选择钢圈危险
3、伤的物理测量和疲劳损伤参数之间的关系被普遍区域应力值较大的个。认为是一种较合理的多轴疲劳寿命预计方法测点、、、及进行测量,测点布置如图所示。本文对钢圈进行准动态弯曲疲劳试验,用电阻试验采用。电阻应变花,定义轴方向为钢应变花测量钢圈上危险点的应变数据,确定测点处圈切向,方向为钢圈径向。应变花中间应变片沿,。。。于多轴应力状态基于多轴疲劳损伤的临界平面概着轴方向测量值为上下应变片测量值为,,、一。,￡念参考文献简捷有效地确定了临界平面方和根据试验条件对钢圈上测点采用准动原稿收到日期为年月巧日,修改稿收到日期为
4、年月日。汽车工程侧年第卷第期。。一一￡,￡￡一￡一一￡习￡一测点两个主应力和主方句可山卜式求出,、旦一一尽竺笋‘。—丛二亘、氏空工士盛一,一‘却图钢圈测点布置。—一一合一夕刃自旧钢圈测点应力状态分析粼洲〕,钢圈上测点处于多轴应力状态可以通过绘制洲主应力和主方向角曲线图看出。图示出了测点自二斗一、卯最大最小主应力绝对值最大主应力及卜方勺角一粼〕。,一一侧洲曲线图可以看出两个主应力值不成比例力向一演,不是固定不变的而是随着钢圈转动角度而发生一砚月】。,印内,、印变化主方向角随着角度变化改变幅度不是很大、,即两
5、个主应力方向与定义的轴方句接近而图测点应变花三个方向上应变数据且两个主应力值正负相同,说明钢圈在转动过程中态测量,即载荷方向不变,钢圈相对载荷方向每转“受到的是近似双向拉伸一压缩应力循环。取一组数据,共取得组数据。应力分析结果表叫。,州一乏一︵。明,姗轮辐内表面应力大于外表面应力与文献【相同。试验结果也表明疲劳裂纹是从轮辐内表面产生一。并向外扩展下面工作将以内表面测点为例展团中田以“开。图示出测点应变花三个方向上应变曲最大最小主应力。线可以看出三个方向上应变曲线偏离简谐的变化。乏一叫一息︵。姗刘期。而下不
6、对称这是由于载荷通过法兰盘传递给钢圈的静不定问题所致,在钢圈实际动态加载试验中也有类似结果习。团即喇】印,,“在同轴呈任意角度的方向上由广义虎克绝对值最大主应力定律其应变值为。。一召群久一“乞一‘十—垂一拜沪“拜。印粼卫洲〕团式中和分别为材料的波松比和弹性模量“,利用所测三个—方向上应变根据式组成联立方主方向角,二、笠·程组。。,和,、求得测点应力分量图测点主应力主方向角图。。。。一叮,一拼拼一声临界方向的确定一一。。。。。一【川动一许多构件的疲劳破坏现象表明,疲劳裂纹总是一￡一。动在特定平面上萌生,之后
7、沿着特定的方向扩展。由虎克定律根据式求得测点三个应变分量使用临界平面法进行多轴疲劳寿命预计首先要确定二、,。。,￡。和陆界方向当主方向变化时要想确定临界方向必田年第卷第期汽车工程须考虑主方向轴的旋转。劳寿命只用于相对比较,这里假定为。钢圈。根据求出的测点最大、最小主应力和主方向,以材料疲劳性能参数如表所示主方向角为角度变量,主应力值为幅值变量,将主表材料疲劳性能参数,。‘‘应力和主方向用极坐标表出如图所示对于测。“可,“,点在主方向角为左右主应力值出现了峰一一值,且出现次数多。文献门指出,许多疲劳试验结果
8、表明,发生疲劳破坏的临界方向主要依靠应力状态中的最大主应力或主应变和最大剪应力或剪应变的方向。根据图可以确定测点的临界方向近似为。测点、、同测点极坐标图基本相似,说明对于多数测点,其应力状态中绝对值较大,主应力主要集中在某个角度上这时用上述方法可测点测点,以简捷地确定临界方向避免了大量疲劳寿命计一图测点方向角损伤图。,,算与测点相比测点主应力值没有形成明显以方向角职为横坐标相应应变历程的损伤,,,一,的主应力峰值且频次分散说明
