文档介绍：汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势
张式程
全德华人机电工程学会
汽车疲劳
主要内容(分别见“疲劳耐久性-1,-2,-3 ”三个PPT文件)
汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势
1) 目前疲劳分析所能达到的精度
2) 疲劳分析在汽车开发流程中的定位
3) 汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势
4) 疲劳耐久性技术究竟要解决什么问题(课堂讨论与问答)
疲劳耐久性分析理论基础及关键技术
1) 疲劳寿命预测的基本理论
2) 等效应力选取原则与多轴疲劳分析
3) 疲劳目标值的设定
4) 整车CAE中的焊点焊缝模型
5) 焊点焊缝疲劳分析方法
6) 焊点焊缝疲劳试验设计
7) 能否以及如何建立一套适合自己产品的疲劳分析方法(课堂讨论与问答)
汽车疲劳耐久性分析工具(软件软件)的选择
1) 汽车开发常用疲劳分析软件简介
2) 疲劳分析与其他分析(刚度,强度,振动,碰撞)的关系
3) 如何选择疲劳分析软件(课堂讨论与问答)
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汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势
汽车耐久性道路试验
汽车耐久性台架试验
汽车零部件耐久性台架试验
测试方法
分析方法
Source: nCode 2004 • FE-Fatigue Overview – Release
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疲劳分析在汽车开发流程中的定位
在第一阶段: 评价各种设计方案是否满足疲劳耐久性要求.
在第二阶段: 尽早发现疲劳危险部位, 及时采取措施, 使样车顺利通过汽车耐久性台架试验和汽车耐久性道路试验.
在第三阶段: 发现前两个阶段漏判的局部问题还来得及改进, 如果必须进行大的改动则说明疲劳耐久性分析尚须改进.
第一阶段
第二阶段
第三阶段
Source: Automotive Circle Internaional Conferrence, 13-14 March 2007, Bad Nauheim, Germany
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振动,碰撞等
疲劳分析与其他分析(刚度刚度,强度强度,振动碰撞等)的关系
Source: EuroCarBody 2007, 16-18 Oct. 2007, Bad Nauheim, Germany
耐久性设计目标设定与分解
汽车设计(或希望保证)的使用寿命, 例如30万公里
汽车在耐久性道路试验场上的行使里程, 例如2000公里
•不同路况(市郊, 乡间, 越野)
•非正常情况(压路边障碍物)
•潮湿腐蚀路面
汽车在耐久性道路试验场上行使过程中记录
各种工况下的有效疲劳载荷路谱(每种工况记录一定时间)
排列组合不同路谱, 压缩无效成份为
零部件与整车台架加速试验提供试验载荷
虚拟路面
汽车多体动力学模型
为耐久性计算或
试验提供虚拟路谱
汽车耐久性疲劳计算, 输出损伤值 D
各环节之间需要大量经验积累, 并无严格的定量关系.
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1)
2)
3)
4)
5)
目前疲劳分析所能达到的精度
非常满意的精度: 损伤值 1<D<10
例如, 如果根据经验可以确定如下当量关系:
30万公里正常使用寿命大致相当于2000公里汽车耐久性道路试验行使里程,
而针对2000公里汽车耐久性道路试验行使里程的疲劳耐久性计算
.
达到上述精度往往需要多年的经验积累以及根据经验反复的修正.
如何改进精度?
检查是否存在系统误差, 如是可以将过大或过小的损伤值通过一个系数
.
全面检查疲劳耐久性计算的各个环节, 特别是边界条件. 在这个过程中可通过
敏感性分析计算确定哪些因素有较大影响.
对疲劳耐久性分析而言经验非常重要, 和有经验的计算工程师和疲劳试验工程师
深入讨论往往很有帮助.
有时也不能排除试验中的错误(人们一般怀疑计算结果而很少怀疑试验结果),
经常标定试验设备很重要.
计算与试验有机结合: 试验前用计算帮助设计试验, 试验后用测量结果验证计算.
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疲劳计算主要环节
单位载荷作用下线弹性静载应力计算
(获得应力分量和单位载荷的关系)
载荷谱
(实际载荷与时间的关系)
线性叠加原理
找出最大等效应力
(危险截面上的最大正应力或最大剪应力)
对于尖锐缺口附近应力过高等情况
通过考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平
用Neuber修正将线弹性最大等效应力
转换成最大线弹性最大等效应力应变
计算疲劳损伤参量变(例如Pswt)同时考虑平均应力的影响
试验测定的材料疲劳特性曲线
(S-N曲线或应变E-N曲线以及
循环应力应变曲线)
计算疲劳损伤积累(一般采用Miner准则)
计算有效循环次数
(Rain