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多级变幅载荷下铸造铝转向节疲劳损伤研究
| 论文题名： | 多级变幅载荷下铸造铝转向节疲劳损伤研究 |
| 关键词： | 汽车转向节;铸造铝;变幅载荷;疲劳寿命;损伤累积规律 |
| 摘要： | 汽车转向节作为底盘系统的重要承载部件，兼顾传力、转向等重要功能，因此必须对转向节的疲劳寿命做出准确预测。转向节服役期间多遭受变幅载荷作用，需借助疲劳损伤累积理论进行寿命预测。目前在汽车构件疲劳分析领域，Miner法则应用广泛，但预测值与实际值偏差较大，许多改进的损伤模型被提出，但模型的改进方式仍有待提升；此外，铸造铝合金材料应用广泛，但其变幅载荷下的寿命分布和损伤累积规律仍有待探究。 本文以某汽车底盘零部件铸造铝转向节为研究对象，探究恒幅和变幅载荷下铸造铝材料的疲劳性能，依据现有理论构建修正的疲劳损伤模型，讨论改进模型的优势，并对改进模型和经典模型在铸造铝材料的适用性进行评估。 基于铸造铝转向节截取试样对材料疲劳性能进行了研究，恒幅加载试验结果分析表明，应力幅值越低，试样疲劳寿命分散性越大；变幅加载试验结果分析表明，递增应力加载序列下试样疲劳寿命总体上高于递减和随机应力加载序列，相邻载荷之间存在载荷加载顺序和载荷相互作用效应。 借助光学显微镜和扫描电镜等手段对疲劳试样断口进行了分析，研究恒幅加载下疲劳寿命分散性，厘清变幅加载下载荷加载顺序和相互作用效应的产生机理。结果表明，恒幅高应力水平下裂纹源呈单源性特征，恒幅低应力水平下裂纹源呈多源性特征，低应力下试样疲劳寿命的强分散性归因于多个裂纹源的产生具有随机性，变幅加载下载荷加载顺序和相互作用效应归因于裂纹源区和扩展区的形成差异性。 基于现有疲劳损伤模型，研究了“动态载荷相互作用函数”的构建方法，进而对基于韧性耗散的疲劳损伤模型进行了改进，相比现有模型，改进模型既能描述载荷加载顺序效应，又能动态描述载荷相互作用效应。基于变幅疲劳试验数据，研究了改进模型和八种经典模型在铸造铝材料上的适用性，结果表明，改进模型在递增加载顺序下的寿命预测精度最高，而Corten-Dolan模型在三种载荷加载顺序下的预测精度均较为理想，因此使用Corten-Dolan模型对多级变幅载荷下转向节的疲劳寿命进行了预测。通过上述研究，以期为铸造铝材料的疲劳耐久性分析提供参考。 |
| 作者： | 魏留伟 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 董国疆;郎玉玲 |
| 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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