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重载车辆变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命评估
| 论文题名： | 重载车辆变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命评估 |
| 关键词： | 重载车辆变速箱;中间轴;焊接结构;疲劳评估;多轴结构应力法;非比例载荷路径 |
| 摘要： | 重载车辆载货量大、运营时间长、工作环境恶劣，其变速箱传动系统具有大速比、大扭矩的特点，故中间轴焊接结构在实际扭矩传递过程中承受复杂工作载荷，处于多轴应力工作状态，易发生疲劳破坏。若采用单轴或多轴比例疲劳评估方法对其进行寿命预测，会导致评估结果不准确。因此，开展变速箱中间轴焊接结构多轴非比例疲劳寿命评估，可为变速箱及其中间轴结构的抗疲劳设计提供依据。 本文针对重载车辆变速箱中间轴焊接结构焊缝处发生疲劳破坏的问题，基于多轴结构应力法建立了中间轴结构多轴疲劳寿命评估模型并结合加速试验载荷谱进行疲劳寿命评估，将评估结果与台架疲劳试验结果进行对比，以验证本文方法的正确性，具体工作如下： 建立中间轴结构三维实体模型；根据中间轴与齿轮的装配方式及实际工况下的边界条件建立带有焊缝细节的有限元模型，获得中间轴焊接结构在实际挡位循环载荷下的应力分布与疲劳薄弱位置，其疲劳破坏位置与台架试验结果一致，验证了模型的可靠性，为后续的疲劳寿命评估提供数据支撑； 对多轴结构应力法的疲劳寿命评估理论(PDMR循环计数法、MLP载荷力矩法)进行了详细介绍；以T型空心方管模型为例验证结构应力的网格不敏感性；收集、整理两个经典多轴疲劳试验(Sonsino试验、Yousefi试验)数据，并将所有试验数据转换至结构应力平面，在此基础上采用多轴结构应力法将试验数据处理为等效结构应力ΔSNP与循环次数N之间的关系，验证了多轴结构应力法可以有效关联大量多轴疲劳试验数据的特性； 基于中间轴结构的有限元求解结果，提取焊缝部位疲劳评估点处结构应力分量时间历程，在结构应力平面上合成载荷路径曲线，通过PDMR方法循环计数并得到有效应力范围，在此基础上采用MLP方法求解载荷路径的非比例度，从而计算多轴载荷作用下的等效应力范围，根据板厚、弯曲比等参数得到等效结构应力范围，结合主S-N曲线与Miner准则预测疲劳寿命。将预测结果与台架疲劳试验结果对比，验证了评估结果的正确性； 为便于多轴结构应力法在实际抗疲劳设计中的高效应用，编制变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命预测软件，并对软件的可用性进行验证。 |
| 作者： | 郭城臣 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 曹蕾蕾 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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