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A357合金多轴非比例加载低周疲劳寿命预测模型研究
| 论文题名： | A357合金多轴非比例加载低周疲劳寿命预测模型研究 |
| 关键词： | 汽车用铝合金;疲劳寿命;预测模型;循环应力 |
| 摘要： | 目前主要以单轴工况对汽车强度构件采用的轻合金材料进行疲劳分析，与实际服役过程中的多轴非比例载荷工况相差较大，导致产品疲劳预测与实测产生较大的差距。因此，本文选取汽车强度构件常用的压铸铝合金A357为研究对象，首先评估8种载荷路径非比例度数学模型的预测精度，然后改进现有的多轴非比例低周疲劳寿命预测模型，最后将改进模型分别与3种缺口件多轴疲劳寿命预测方法结合，探索缺口试样多轴疲劳寿命分析技术路线。 基于A357合金材料性能和单轴拉压低周疲劳试验数据，总结疲劳循环应力变化规律，并设计开展多轴低周疲劳试验，为疲劳寿命预测模型验证奠定数据基础。采用Itoh模型、MOI模型、Borodii模型、钟模型、MLP模型、MMLP模型、姜模型、李模型等8种载荷路径非比例度模型，分别预测14种典型载荷路径的非比例度，并进行误差评价分析。结果表明，姜模型的预测精度最高，即误差评价指标EC(0.1)值为0.71，EC(0.2)值达到0.86。因此，选取姜模型作为后续求解载荷路径非比例度数学模型。 通过分析MFS模型和MKBM模型的特点优势，提出将综合考虑加载路径和材料非比例敏感度两因素的非比例影响因子引入MKBM模型，以期适应不同材料特性的剪切型和拉伸型裂纹破坏模式。采用改进的MKBM模型预测A357合金等8种材料的疲劳寿命，并与KBM、MFS和MKBM等模型对比分析，结果表明：在比例加载条件下，改进的MKBM模型预测精度优于KBM和MFS模型；在非比例加载条件下，改进的MKBM模型的预测精度优于MFS和MKBM模型。 将局部应力应变法、应力梯度法和临界距离点法分别与改进的MKBM模型相结合，对A357合金等4种材料的缺口试样疲劳寿命进行预测，与试验寿命对比分析表明，应力梯度法与改进的MKBM模型相结合可准确反映应力梯度效应的影响，预测精度高于局部应力应变法和临界距离点法。 通过以上理论与试验研究，形成多轴非比例低周疲劳寿命预测更准确、更便捷的技术路线，为轻合金承载构件结构设计与工艺优化提供定寿和延寿的预判手段和数据支撑。 |
| 作者： | 蒋遵旺 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 董国疆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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