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多轴随机载荷下转向节疲劳寿命预测方法研究
| 论文题名： | 多轴随机载荷下转向节疲劳寿命预测方法研究 |
| 关键词： | 汽车转向节;铝合金;多轴高周疲劳损伤;寿命预测 |
| 摘要： | 疲劳失效是底盘构件主要失效方式，准确预测其寿命对于保证车辆可靠性和安全性具有重要意义。构件服役期间承载复杂多轴应力，当前研究大多集中于恒幅加载下的疲劳损伤分析，缺乏复杂随机加载工况构件的多轴疲劳损伤研究。为此，本文以某汽车铝合金转向节为研究对象，深入研究材料多轴高周疲劳损伤行为，提出一种多轴高周疲劳寿命预测模型，以期提高构件多轴随机载荷下疲劳寿命预测精度。 基于多种金属材料疲劳试验数据，验证Matake、McDiarmid和Susmel等典型寿命预测模型的预测精度，结果表明，位于3倍误差带以内的数据点比例都在50%左右，该类准则预测精度较低，难以准确表达实际疲劳损伤量。基于材料平均应力效应的分析，提出以剪应力范围对最大正应力归一化反映法向与剪切应力间相互作用，引入Walker因子考虑材料平均应力效应，新建一种多轴疲劳寿命预测模型；验证结果表明，多轴加载、轴向加载和扭转加载条件下本文新建模型预测结果位于3倍误差带以内的数据点比例分别达到79.7%、65.4%和95.9%，有效提高了寿命预测精度。 利用权函数法确定多轴随机载荷下临界平面的方向，基于雨流计数法提出实现正应力与剪应力历程同时计数的多轴循环计数法；构建随机载荷下疲劳寿命预测技术路线且编制程序封装，并验证随机载荷下新建多轴疲劳寿命预测模型的适用性；结果表明，McDiarmid模型和Wang模型位于3倍误差带内的数据点占比为16.7%，而本文新建模型为66.7%，预测精度显著提高，新建模型可用于多轴随机载荷工况的疲劳寿命预测。 设计并开展试验场耐久强化路载荷谱采集方案，获取轮心六分力数据；采用虚拟迭代法提取转向节连接点载荷谱；求解转向节疲劳危险点，并进行动载分析获取危险点处应力分量时间历程。开展转向节Al-Si-7Mg压铸铝合金材料性能试验和轴向拉压疲劳试验，获取相关参数；运用多轴疲劳寿命预测方法解算转向节疲劳寿命，分析表明：相比于单轴预测方法，多轴疲劳寿命预测方法考虑了应力间相互作用、相位差等因素影响，更符合构件实际的受力情况；本文新建模型相比于McDiarmid模型，预测寿命明显降低，原因在于本文新建模型综合考虑了法向应力和剪切应力的相互作用，及平均应力修正策略，更符合构件的复杂多轴应力状态。 |
| 作者： | 詹浩 |
| 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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