09-01车辆结构有限元疲劳分析.ppt

1、车辆结构有限元分析，昌熟理工大学(东南学区)，汽车工程大学后顺安，第9章车辆结构有限元疲劳分析，结构疲劳分析基础应力疲劳分析典型材料试件的应力疲劳分析引擎连杆的应力疲劳分析，1，结构疲劳分析基础，车辆是运动和承载机器，其结构承受的载荷大部分是交变载荷。零件失效中疲劳裂纹引起的结构失效破损事故占总断裂事故的70-80以上，约50-90的机械结构破坏属于疲劳破坏。第一，对结构疲劳分析的基础、车辆结构疲劳的研究主要集中在悬架、蟑螂、车架、侧面稳定杆、发动机连杆、传动轴等车辆的运载结构上。第一，结构疲劳分析的基础，疲劳失效的原因是什么？1)设计原因2)材料原因3)制造(工艺)原因4)其他原因(安装调试

2、、维修工作等)，1，结构疲劳分析标准，1。疲劳分类疲劳一般分为两类茄子。第一种是高主疲劳，即负载的周期数(第二种是低周期疲劳，周期数相对较低时发生，通常使用变形疲劳分析)。塑性变形往往伴随着低周疲劳。对于车辆结构的疲劳分析：负载系统的结构通常使用变形疲劳分析，而驱动系统的元件通常使用应力疲劳分析。1，结构疲劳分析的基础，2 .疲劳破坏的特征1)疲劳发生的外部原因是扰动应力。2)疲劳破坏是局部发生的。疲劳是发展过程。从疲劳裂纹形成到裂纹扩展，最终断裂疲劳损伤逐渐累积的过程。一般分为裂纹萌生、裂纹扩展、最后不稳定扩展破裂三个阶段。1，结构疲劳分析基础，3 .疲劳分析的基本过程、材料的疲劳特性S-N

3、曲线E-N曲线、有限元静态分析结果、载荷频谱、疲劳分析方法、疲劳寿命、2、应力疲劳分析、1。S-N曲线为ANSYS with，2，应力疲劳分析，1 .S-N曲线S-N曲线也称为材料的疲劳性能，描述了应力S和破坏时寿命N之间的关系。要说明循环应力，需要两个茄子杨怡：应力比R=Smin/Smax和应力振幅Sa=(Smax-Smin)/2。2，应力疲劳分析，2。应力疲劳分析过程、S-N曲线定义、设定疲劳分析类型、选取负载类型、修改平均应力、选取应力元件、修改疲劳、GoodMan方法Soderberg方法Gerber方法None有限寿命数值疲劳强度系数负载比例系数，2，应力疲劳分析，2。应力疲劳分析流

4、，2，应力疲劳分析，3。材料基本S-N曲线裂纹萌生裂纹扩展最后不稳定扩展破坏材料疲劳性能实验中使用的标准试件通常是小大小(3-10mm)光滑圆柱试件。材料的基本S-N曲线在恒定对称应力下提供了光滑材料的裂纹萌生寿命。2，应力疲劳分析，S-N曲线的数学表达式如下所示：(1)力函数SmN=C lgS=A BlgN (Log-Log) (2)金志洙emsn=C s=A BlgN(；(3) 3参数化(S-Sf)mN=C (4)S-N曲线的近似估计，S-N曲线定义，2，应力疲劳分析，4。设定疲劳分析类型、设定疲劳分析类型、应力疲劳分析stress Fully Reversed、R=0、R=-1、Rati

5、o、指定的应力比R=X、History、指定的负载时戳、非固定振幅比例负载平均应力与疲劳ANSYS WB为平均应力修正提供了5个茄子选项。GoodMan方法Soderberg方法无Gerber方法，Mean Stress Curves，2，应力疲劳分析，7。应力元件选取在结构应力分析期间取得多轴应力。但是在实验过程中得到的通常是单轴应力。在ANSYS WB应力疲劳分析中，您可以选取x、y、z方向的应力元件、ANSYS应力、有符号ANSYS应力等。有符号mises等效应力在考虑压缩平均应力对疲劳寿命的影响时很有用。x方向应力/Y/Z XY平面应力YZ平面应力XZ平面应力Von Mises应力带V

6、on Mises应力符号的Von Mises应力最大剪应力最大主应力，2，应力疲劳分析，8。S-N曲线通过牙齿系数进行调整。疲劳强度系数用于反映表面加工状态等因素对疲劳强度的影响。疲劳修正，有限寿命数值疲劳强度系数负载比例系数定义，2，应力疲劳分析，9。执行疲劳分析时，必须首先确定在零部件或结构运行状态下接收的载荷谱。确定载荷谱通常有两种茄子方法。1)通过使用现有的类似组件、结构或模型在使用条件或模拟使用条件下进行测量，从每个典型工作条件下获得载荷谱，然后结合每个工作条件获得的载荷谱称为实测载荷谱。2)在没有适当的类似结构或模型的情况下，根据设计目标分析工作状态，结合经验估计载荷谱，提供设计载

7、荷谱。2，应力疲劳分析，9。负载频谱范例：商用车、设计寿命500，00km、前轴的设计负载为70kN，推论前轮轴的设计负载谱。轮轴为承受静态垂直负载的Fv，star=70/2=35 kN。(1)直线行驶的动态载荷频谱垂直动态力：动态载荷系数2.28，80 kN。侧动态力Fy=Fv，star0.3512 kN垂直动态力Fx=Fv，star0.5018 kN，2，应力疲劳分析，(2)旋转最大动态力侧动态力Fy=Fv，star1.550 kN垂直动态力Fx stata载荷谱是上述力的作用。轮轴核心部分的最大应力大小应力比确定如下：设计寿命50万公里，每个1公里轮轴旋转300次，因此循环总数为5000

8、0300=1.5108。直线行驶：96%1.5108=1.44108旋转行驶：2%1.5108=3106制动：1.5108-1.44108-3106，2，应力疲劳分析，9。载荷谱通过有限元静态分析计算，按如下方式计算三种茄子条件下车辆的应力和周期数分布：2，应力疲劳分析，10。Miner线性累积损伤理论载荷频谱(载荷时间线)数，载荷(S)循环数K应力级别Si的总损坏为D=，3，常规材料试件的应力疲劳分析，示例1: Q235钢断裂强度439MPa，S-N曲线的数据表达式lgNp=ap，3，常规材料试件的应力疲劳分析，3，常规材料试件的应力疲劳分析，网格分割，3，常规材料试件的应力疲劳分析，应用载荷和约束，3，常规材料试件的应力疲劳分析，定义分析结果，3，常规材料试件的应力疲劳分析，疲劳分析设置材料的默认值为Steel求出发动机连杆的安全系数。4、发动机连杆的应力疲劳分析，直接打开Conrod-fatigue.wbpj文件，导入ConRod.x_t，然后编辑Geometry。4，发动机连杆的应力疲劳分析，打开模型(A4)，输入Mechanical介面：根据目录树要求补充未完成的