文档介绍：普通高等教育 “十一五”国家级规划教材 《汽车车身设计》
第七章车身疲劳强度分析基础
提纲
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素
第二节疲劳设计方法
一、疲劳强度、疲劳极限与疲劳寿命的概念
二、疲劳设计方法简介
三、确定疲劳寿命的方法
四、疲劳分析软件
第三节疲劳分析基本理论简介
一、疲劳问题
二、应力循环
三、S-N曲线
四、平均应力对疲劳过程的影响
第四节车身结构疲劳寿命分析流程和方法
一、车身结构疲劳寿命分析流程概述
二、疲劳寿命分析结果的实例
第五节结构应力响应计算
一、载荷
二、惯性释放分析
三、应力影响系数和线性叠加
四、结构应力响应计算的模态法
第六节单轴疲劳寿命预测
一、危险单元的选择
二、单轴疲劳寿命的预测方法
第七节综合事件下的疲劳寿命分析
一、样本载荷
二、综合事件下危险疲劳单元的选择
三、综合事件下的疲劳寿命预测
概述
疲劳强度问题
汽车行驶中,由于路面不平整等因素影响,车身结构通常会受到交变载荷的作用,由这种交变载荷引起的强度问题
疲劳破坏
在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象
材料或结构受到多次重复变化的载荷后,应力值虽没超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低得多的情况下就可能发生破坏
疲劳
在某点或某些点承受扰动应力,且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程
疲劳与断裂是引起工程结构和构件失效的最主要的原因。也是导致汽车车身承载结构早期破坏的主要原因
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素
变载荷作用下,交变应力在远小于材料的强度极限,破坏就可能发生
常表现为低应力类脆性断裂。在宏观上常表现为无明显塑性变形的突然断裂
在断口处明显的分为两个区:光滑区和粗糙区。这是判定是否为疲劳破坏的一个重要判据
疲劳破坏常具有局部性质
疲劳破坏是一个累积损伤的过程,通常要经历裂纹形成、裂纹扩展、裂纹扩展到临界尺寸时的快速断裂三个阶段
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素
影响因素
材料本质
化学成份
金相组织
纤维方向
内部有无缺陷
零件几何形状及表面质量
应力集中系数
尺寸系数
表面光洁度
工作条件
载荷特性:应力状态、应力比、载荷顺序、载荷频率等
环境介质
使用温度
表面热处理和残余内应力
冷作硬化
表面热处理
表面涂层
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素
1. 应力集中的影响
疲劳源总是出现在应力集中的地方,使结构或构件的疲劳强度降低,对疲劳强度有较大影响
应力集中对材料强度的影响
静强度:与材料的性质有关,对脆性材料影响较大,对塑性较好的材料则影响较小
疲劳强度:不论是对塑性材料还是对脆性材料,都是不可忽视的影响因素
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素
2. 尺寸的影响
零件尺寸对疲劳强度有较大的影响,这同应力梯度和材料不均匀性有关
注意:一般零件的疲劳强度随其尺寸的增大而降低
尺寸不同,相同载荷作用下,零件的应力梯度不同。大尺寸零件的高应力区域大,产生疲劳裂纹的概率大
大尺寸零件中包含了更多可能产生疲劳裂纹的不利因素
加工零件时,表面将有一些硬化,这通常可提高疲劳极限,对小试件的影响较大
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素
3. 表面加工及表面处理的影响
疲劳裂纹源通常萌生于试件表面,零部件的表面状况对其疲劳强度有着显著的影响
外表面的应力水平往往最高,缺陷往往也最多
表面层材料的约束小,滑移带最易开动
表面敏感系数
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素
3. 表面加工及表面处理的影响
(1)表面加工粗糙度β1
表面加工粗糙度对疲劳强度有很大的影响
一般来说,表面加工粗糙度越低,疲劳强度就越高
表面加工缺陷是产生应力集中的因素,往往就是疲劳源,会大大降低疲劳强度
特别是对高强度材料
第一节疲劳破坏的特征及影响疲劳寿命的因素
一、疲劳破坏的特征
二、影响疲劳寿命的因素