基于有限元方法的后桥壳疲劳失效的预测_外文文献.选读.doc

毕业设计（论文） 译　　文 题目基于有限元分析方法的后桥壳疲劳失效的预测 学生姓名梅月媛 学号 2010800454 专业机械设计制造及自动化 班 指导教师 杜义贤 评阅教师 完成日期 2015 年 1月3日 基于有限元分析方法的后桥壳疲劳失效的预测 M.M. Topac, H. Gunal, N.S. Kuralay 关键字：后桥壳；应力集中；失效；有限元分析； 摘要 当施加循环垂直应力在后桥壳上，会产生过早的疲劳失效的现象，之前就已经有了这方面的研究。在这些试验中，裂缝主要出现在样品的同一区域。为了找出这种失效的原因，我们建立了完整的后桥壳CAD模型，并通过材料的拉伸性能试验获得桥壳材料的机械性能。利用这些数据，运用有限元原理进行了应力及疲劳分析。确定了疲劳失效初始发生的位置以及不发生疲劳应变的最小循环垂直应力。而且我们还将有限元分析的结果与实验的结果进行对比，提出了增强桥壳疲劳寿命的解决方案。 1.概述 由于具有较高的承载能力，固体车桥通常用于重型商用车辆上[1]。固体车桥的结构如图1所示.在车辆的使用过程中，车桥是主要承载部件，由路面不平产生的动态力进而产生的动态压力导致了车桥产生疲劳破坏。因此，对桥壳抵抗疲劳破坏的寿命进行预测是很重要的。在大规模生产前，需通过垂直力试验对桥壳模型在动态垂直应力作用下进行如图2所示的装载能力及疲劳寿命的分析。在这些测试中，由液压机构提供的循环垂直载荷施加在样品上，直到样品开始出现疲劳破坏。根据承载标准，桥壳必须能承载N=5×循环力而不出现疲劳破坏。在对如图3所示不对称的桥壳模型进行垂直疲劳测试时，当力未达到极限前就有疲劳破坏出现在模型上。因此发现，不出现疲劳破坏的最小循环应力大约为3.7×。在这些测试中，裂纹出现在班卓过渡区E1和E2。疲劳失效的样品如图4所示。 为了找出过早失效的原因，我们运用CATIA V5R15商业软件建立了一个详细的桥壳实体模型。并通过该模型，建立有限元模型。在ANSYS V11.0商业有限元分析软件工作平台进行应力和疲劳分析。通过拉伸测试的有限元分析获得了桥壳的材料性能，运用RecurDyn 商业CAE软件进行车辆动态模拟，获得了桥壳最大动态载荷。通过以上分析，找到应力集中部位。为了进行疲劳分析，通过引入疲劳强度修正系数建立了桥壳材料的近似S-N曲线。将分析获得的结果与垂直疲劳测试实验的结果进行比较。为了阻止过早失效并获得增大的疲劳寿命的效果，我们提出了一些解决方案。 图1 商用车后桥壳总成 图2 桥壳模型垂直疲劳测试 图3 桥壳几何形状 图4 测试样品底部的疲劳开裂 图5 桥壳的完整CAD模型 2.有限元模型 2.1.CAD和有限元模型 如图5所示，为用于分析的完整车桥CAD模型。桥壳本质上由两个相同的薄壁壳组成，薄壁壳的厚度为9.5mm并沿着后桥壳的中性轴焊接。 在前端面，一个用螺栓固定了差动齿轮装载器的装配环被焊接在桥壳上用来增强刚度。出于密封性的考虑，将一个圆盖焊接在后端面上。这里， A和B代表车辆纵臂纵向推力杆。支撑C和D代表轮与地面的接触。车桥支撑联接点之间的距离与后轴轮轨之间的距离相等。运用CATIA V5R15建立桥壳三维模型。将桥壳的CAD完整模型导入ANSYS Workbench V11.0工作平台前置处理界面，建立分析所需的有限元模型。有限元模型用于图6所示的压力及疲劳分析。为了建立有限元模型，桥壳按照SOLID187进行网格划分。具有二次位移的三维实体单元并且适用于进行不规则网格划分。桥壳被定义为拥有10个节点，且每个节点拥有3个自由度。运用CONTA174和TARGE170元素建立桥壳各部件之间的联系。焊接表面的联接关系选择为完整的可靠联接。有限元模型由779,305个元素和1,287,354个节点组成。 图6 桥壳有限元模型 表1 S450N的化学特性（wt%） 表2 抗拉测试结果 2.2.桥壳材料 车桥壳是由厚的微金属合金管壁经冲压焊接制成的，该管壁的材料为热成型标准钢铁（材料编号1.8901，等同于ISO标准[3]中的E460）. 该材料的化学成分是从供应商提供的的表中获得，