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汽車構(gòu)架器構(gòu)件勞損裂縫端由解析
發(fā)布人員:網(wǎng)站管理員 新聞來源: 發(fā)布日期:2013-3-18
在試驗(yàn)過程中采用四種工況,工況1是試驗(yàn)場(chǎng),按照規(guī)范進(jìn)行實(shí)車路試,以反映用戶正常使用條件下,減震器支座的疲勞壽命;工況2是在減震器支座開裂較多的使用地域按汽車正常使用要求進(jìn)行路試,以反映路面對(duì)其壽命影響;工況3是在減震器支座開裂較多的使用地域,輪胎超過標(biāo)準(zhǔn)氣壓行駛,以反映輪胎氣壓對(duì)其壽命影響;工況4是在減震器漏油的情況下進(jìn)行路試(試驗(yàn)地域同B),以反映減震器對(duì)其壽命影響。最后得到4種工況,3個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間歷程信號(hào)。
測(cè)試數(shù)據(jù)的處理及分析對(duì)減震器支座的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行雨流計(jì)數(shù),結(jié)合對(duì)其材料疲勞特性的估計(jì),對(duì)不同工況下的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè);對(duì)減震器垂直載荷與其支座應(yīng)變進(jìn)行對(duì)比分析,以分析減震器上載荷與其支座的關(guān)系。
疲勞壽命的計(jì)算減震器支座所用材料St13,及其基本特性(抗拉強(qiáng)度)為270-370MPa,這里取其平均值σb=320MPa,由于所用材料為低合金鋼,對(duì)其應(yīng)變疲勞特性按文獻(xiàn)給出的方法進(jìn)行估計(jì)如下。
εta=εea+εpa(1)這里,εta為總應(yīng)變幅,εea為彈性應(yīng)變幅,εpa為塑性應(yīng)變幅。
式(1)中,εea=σf′(2Nf)b/Eεpa=ef′(2Nf)cE=210000MPa疲勞強(qiáng)度系數(shù)σf′=1.5σb疲勞強(qiáng)度指數(shù)b=-0.087疲勞延性系數(shù)ef=0.59F疲勞延性指數(shù)c=-0.58循環(huán)強(qiáng)化系數(shù)K′=1.65σb循環(huán)強(qiáng)化指數(shù)n′=0.15Nf為疲勞壽命,則2Nf為反向次數(shù)。
當(dāng)σb/E≤0.003時(shí),F(xiàn)=1;當(dāng)σb/E>0.003時(shí),F(xiàn)=1.375-125σb/E。這里σb/E≤0.003,所以F=1.0。
根據(jù)公式(1)可以得到如圖3所示的應(yīng)變壽命關(guān)系。
根據(jù)所測(cè)4種工況載荷譜,結(jié)合圖3所示的材料疲勞特性,針對(duì)測(cè)點(diǎn)B,采用局部應(yīng)力應(yīng)變法對(duì)其疲勞壽命Li(i=1,2,3,4),及相對(duì)工況1(試驗(yàn)場(chǎng)工況)疲勞壽命L1進(jìn)行計(jì)算,如1所示。
減震器垂直載荷與其支座應(yīng)變對(duì)比分析從前面的研究發(fā)現(xiàn),減震器損壞會(huì)使減震器支座的疲勞壽命下降99%還多。對(duì)于雙向筒式減震器,它不僅在拉伸行程起到減小汽車垂直方向沖擊載荷的幅值的作用,而且在壓縮行程也起作用。如果是在壓縮行程失效造成支座疲勞壽命下降,可以通過提高彈簧的剛度等方法來提高其疲勞壽命;如果是拉伸行程造成的,可以通過調(diào)節(jié)減振器阻尼系數(shù)的方法解決上述問題。從理論上講,應(yīng)該是拉伸行程是造成的疲勞壽命下降的主要原因,因?yàn)閴嚎s行程起主要作用的是彈簧,而不是減震器,為了對(duì)這一問題得到進(jìn)一步證實(shí),需要對(duì)支座的應(yīng)變與減震器的垂直載荷進(jìn)行對(duì)比分析。
結(jié)論通過以上分析,可以得到如下結(jié)論:(1)汽車在試驗(yàn)場(chǎng)根據(jù)規(guī)范進(jìn)行的可靠性試驗(yàn),對(duì)減震器支座造成的疲勞損傷,要小于實(shí)際使用條件下減震器支座的疲勞損傷。這說明,在某些情況下,盡管汽車的可靠性滿足國(guó)家試驗(yàn)規(guī)范要求,但不一定滿足用戶的實(shí)際使用要求,因而在汽車設(shè)計(jì)過程中,需要對(duì)用戶的實(shí)際使用需求進(jìn)行調(diào)查試驗(yàn),不應(yīng)把滿足使用規(guī)范作為最高準(zhǔn)則。(2)汽車行駛過程中,輪胎氣壓、減震器的狀況會(huì)對(duì)減震器支座的疲勞壽命有較大影響,應(yīng)該使汽車在輪胎規(guī)定氣壓下行駛。(3)減震器的損壞會(huì)對(duì)支座的疲勞壽命造成致命的影響,其疲勞壽命會(huì)比正常使用條件下降99%還多,因而在使用過程中減震器損壞后要及時(shí)更換。
測(cè)試數(shù)據(jù)的處理及分析對(duì)減震器支座的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行雨流計(jì)數(shù),結(jié)合對(duì)其材料疲勞特性的估計(jì),對(duì)不同工況下的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè);對(duì)減震器垂直載荷與其支座應(yīng)變進(jìn)行對(duì)比分析,以分析減震器上載荷與其支座的關(guān)系。
疲勞壽命的計(jì)算減震器支座所用材料St13,及其基本特性(抗拉強(qiáng)度)為270-370MPa,這里取其平均值σb=320MPa,由于所用材料為低合金鋼,對(duì)其應(yīng)變疲勞特性按文獻(xiàn)給出的方法進(jìn)行估計(jì)如下。
εta=εea+εpa(1)這里,εta為總應(yīng)變幅,εea為彈性應(yīng)變幅,εpa為塑性應(yīng)變幅。
式(1)中,εea=σf′(2Nf)b/Eεpa=ef′(2Nf)cE=210000MPa疲勞強(qiáng)度系數(shù)σf′=1.5σb疲勞強(qiáng)度指數(shù)b=-0.087疲勞延性系數(shù)ef=0.59F疲勞延性指數(shù)c=-0.58循環(huán)強(qiáng)化系數(shù)K′=1.65σb循環(huán)強(qiáng)化指數(shù)n′=0.15Nf為疲勞壽命,則2Nf為反向次數(shù)。
當(dāng)σb/E≤0.003時(shí),F(xiàn)=1;當(dāng)σb/E>0.003時(shí),F(xiàn)=1.375-125σb/E。這里σb/E≤0.003,所以F=1.0。
根據(jù)公式(1)可以得到如圖3所示的應(yīng)變壽命關(guān)系。
根據(jù)所測(cè)4種工況載荷譜,結(jié)合圖3所示的材料疲勞特性,針對(duì)測(cè)點(diǎn)B,采用局部應(yīng)力應(yīng)變法對(duì)其疲勞壽命Li(i=1,2,3,4),及相對(duì)工況1(試驗(yàn)場(chǎng)工況)疲勞壽命L1進(jìn)行計(jì)算,如1所示。
減震器垂直載荷與其支座應(yīng)變對(duì)比分析從前面的研究發(fā)現(xiàn),減震器損壞會(huì)使減震器支座的疲勞壽命下降99%還多。對(duì)于雙向筒式減震器,它不僅在拉伸行程起到減小汽車垂直方向沖擊載荷的幅值的作用,而且在壓縮行程也起作用。如果是在壓縮行程失效造成支座疲勞壽命下降,可以通過提高彈簧的剛度等方法來提高其疲勞壽命;如果是拉伸行程造成的,可以通過調(diào)節(jié)減振器阻尼系數(shù)的方法解決上述問題。從理論上講,應(yīng)該是拉伸行程是造成的疲勞壽命下降的主要原因,因?yàn)閴嚎s行程起主要作用的是彈簧,而不是減震器,為了對(duì)這一問題得到進(jìn)一步證實(shí),需要對(duì)支座的應(yīng)變與減震器的垂直載荷進(jìn)行對(duì)比分析。
結(jié)論通過以上分析,可以得到如下結(jié)論:(1)汽車在試驗(yàn)場(chǎng)根據(jù)規(guī)范進(jìn)行的可靠性試驗(yàn),對(duì)減震器支座造成的疲勞損傷,要小于實(shí)際使用條件下減震器支座的疲勞損傷。這說明,在某些情況下,盡管汽車的可靠性滿足國(guó)家試驗(yàn)規(guī)范要求,但不一定滿足用戶的實(shí)際使用要求,因而在汽車設(shè)計(jì)過程中,需要對(duì)用戶的實(shí)際使用需求進(jìn)行調(diào)查試驗(yàn),不應(yīng)把滿足使用規(guī)范作為最高準(zhǔn)則。(2)汽車行駛過程中,輪胎氣壓、減震器的狀況會(huì)對(duì)減震器支座的疲勞壽命有較大影響,應(yīng)該使汽車在輪胎規(guī)定氣壓下行駛。(3)減震器的損壞會(huì)對(duì)支座的疲勞壽命造成致命的影響,其疲勞壽命會(huì)比正常使用條件下降99%還多,因而在使用過程中減震器損壞后要及時(shí)更換。