工艺强化后传动系齿轮疲劳寿命增长潜力的研究

为了探索工艺强化后齿轮疲劳寿命的增长潜力，采用轿车齿轮实物物理试验的方法，比较系统地研究某轿车齿轮在低幅载荷作用下结构疲劳寿命的改变，证实低幅应力区内存在一个强化载荷区。用强化载荷区内的不同载荷对齿轮进行预锻炼，齿轮的疲劳寿命会有不同程度的提高，最高可使疲劳寿命提高一倍。在试验结果的基础上，通过数值插值，进一步反映出强化后齿轮疲劳寿命的变化趋势，为摸索利用磨合工序提高齿轮的疲劳寿命提供技术依据。     

汽车前轴低载强化三维曲面方程

通过对不同等级低幅载荷对某汽车前轴疲劳强度影响的试验研究，证实一定范围内的低幅载荷对结构件的强化效果确实存在，并且是比较显著的，在物理试验结果的基础上，通过数值试验和正交多项式回归的方法，得到该前轴在低幅交变载荷作用下的三维强化曲面方程，这为正确评估该前轴使用中的强度变化规律提供了理论和技术依据，为建立基于使用载荷和结构疲劳强度特征的结构轻量化设计理论与方法进行了有益的探索。     

基于应力-寿命模型的汽车前轴可靠寿命预测

可靠寿命预估对提高汽车设计水平和汽车可靠性有很重要的意义。根据编制出的模拟前轴实际工作情况的疲劳载荷谱，和由试验数据拟合出的前轴P—S—N曲线方程，建立了应力谱为恒幅变应力时汽车前轴疲劳可靠寿命预测的模型。给出的计算模型使计算大为简便，并能较为准确地预测汽车前轴不同可靠度下的可靠寿命。     

结构强度对低载强化特性影响的初步研究

为了研究结构强度对低载强化特性的影响，对未经过工艺强化的低强度前轴和经过工艺强化的高强度齿轮分别进行了低载强化试验。通过对试验数据的处理，得到了两种结构弯曲疲劳强度的S-N曲线、弯曲疲劳强度和疲劳寿命与强化载荷、强化次数之间的数学关系，以及经过低载强化后弯曲疲劳强度和疲劳寿命提高的最大幅度。随着结构强度的提高，弯曲疲劳强度的提高幅度呈下降趋势，但疲劳寿命的提高幅度呈上升趋势。从宏观和微观上初步分析了结构强度对低载强化特性影响的原因。     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。     

基于低载强化特性的疲劳寿命估计方法

准确地估计疲劳寿命对于汽车零部件的可靠性和轻量化设计具有重要的作用。但由于现有疲劳寿命估计方法认为载荷仅对零件造成损伤,导致工作载荷下基于传统疲劳寿命预估方法得到的疲劳寿命较为保守。大量研究结果表明,疲劳极限以下载荷对零件疲劳强度的强化作用。以碳钢低载强化特性为基础,基于Miner准则,提出一种考虑低载强化效果的简化的疲劳寿命预估方法。该方法将疲劳寿命预估分成两个阶段,在不同的阶段分别考虑低幅载荷的强化和损伤。通过对强化效果与强化载荷和强化次数的关系进行线性简化,简化了疲劳寿命的计算过程。以轿车扭杆梁后桥为对象,通过采集试车场道路下的工作载荷,利用该方法和Miner准则对后桥进行疲劳寿命估计,并通过道路载荷模拟技术对后桥进行试验验证。结果表明,该方法具有较高的精度。     

汽车结构件低载强化后的疲劳断口特性

利用扫描电镜对某汽车前轴低载强化后的材料断口特性进行了研究,力图从微观上揭示低载强化的成因和机理。结果表明：适当的强化载荷使组织变得密实、均匀,断口的孔洞数量、直径以及二次裂纹明显减少,低载强化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

基于低幅锻炼载荷的累积强化效果模型

根据汽车结构件在车辆运行过程中的受载特点,以汽车传动轴为对象,研究其在低幅锻炼载荷作用下的强度演变规律。通过对汽车传动轴光滑试样的低载强化效果试验,确定传动轴材料40Cr的低载强化应力区间,重点分析锻炼载荷幅值和加载次数对结构件剩余疲劳强度的影响,结果表明结构强度在一定条件下存在最佳的强化效果;并通过试验数据的正交分析与处理,拟合出强化或损伤效果与等效对称应力、加载次数的关系模型。进而以这一模型为基础,结合汽车传动轴工作的随机载荷谱,通过多级低幅载荷循环下强化和损伤强度的积分,建立传动轴在实际工作过程中的疲劳累积强化效果模型;并根据设计应力区间和最佳强化效果的应力区间的匹配,提出以低幅锻炼载荷的累积强化效果为目标的轻量化设计思路,为汽车结构件的轻量化设计提供理论基础。     

低载强化后汽车结构件疲劳裂纹扩展速度研究

为了从微观上揭示汽车结构件经过低载强化后疲劳强度和疲劳寿命提高的原因和机理,本文利用扫描电镜,对某汽车前轴低载强化前后试样断口的疲劳裂纹扩展速度进行了对比研究。研究结果表明,经过低载强化后的汽车结构件断口试样,其贝纹线的增长趋势减弱,疲劳辉度间距变小。这些微观变化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使汽车结构件的疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

基于ANSYS Workbench的重卡前轴的强度分析及疲劳寿命预测

前轴是汽车前桥的重要元件之一,其强度是否可靠直接决定了整车的安全性。应用CAE分析的方法对某重型卡车前轴进行有限元分析和疲劳寿命分析。将前轴的三维实体模型进行简化,导入有限元软件ANSYS Workbench中建立以Tetrahedrons和Hex Dominant为基本单元的有限元模型,分析和预测了前轴在紧急制动、不平路面、侧滑三种典型工况下的结构强度和疲劳寿命。结果表明,车桥前轴在上述典型工况下最大应力均未超过材料屈服强度,其最低疲劳寿命为98.5万次,满足疲劳寿命的要求,验证了设计的合理性。     

应力与腐蚀因素对连接件腐蚀疲劳寿命交互作用的研究

在应力控制下分别研究了不同应力,预腐蚀时间对3．5％NaCl溶液中有涂层的LY12CZ铝合金铆接连接件的腐蚀疲劳性能影响的规律。试样结构是根据飞机蒙皮的真实结构设计制成的单剪切连接件,按实际工艺过程进行表面处理。试验结果表明,提高应力和延长预腐蚀时间均会缩短连接件的腐蚀疲劳寿命。应力与环境腐蚀因素对连接件的腐蚀疲劳寿命的影响作用不是简单的叠加关系,而是相互影响的,结果还表明,在无预腐蚀的条件下有涂层连接件在pH值为6的NaCl溶液中的腐蚀疲劳寿命比空气中的寿命要高,并且在高低应力范围内均有此现象,在30MPa下预腐蚀对连接件的疲劳寿命的影响作用比50MPa下预腐蚀对连接件疲劳寿命的作用要明显。     

变幅载荷下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为

为研究变幅载荷作用下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为,采用非承载纵向角接接头进行了Q235B及16Mn钢原始焊态与超声冲击处理态的对比疲劳试验。试验结果表明：①在变幅载荷作用下,Q235B超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高69%左右,疲劳寿命延长5.7～19.0倍。②在变幅载荷作用下,16Mn超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高80%左右,疲劳寿命延长2.5～17.0倍。③在变幅载荷作用下,超声冲击处理焊接接头与原始焊态试件的疲劳性能均有所下降：Q235B超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的70%;16Mn超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的75%。④超声冲击处理焊接接头在承受强烈的变幅载荷时依然具有很高的疲劳强度。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

金属低周疲劳过程热力学熵特征分析及寿命预测模型

选取Q235钢试样开展低周疲劳试验,通过改变加载幅值、加载频率等条件,研究分析了低周疲劳过程热力学熵产率与累积熵产变化特征。结果表明,熵产率随加载幅值的增大而升高且在同一载荷下熵产率近似恒定。低周疲劳过程中热力学熵的累积是一个准线性累加过程。试样最终疲劳断裂熵随加载幅值的增大而减小,与加载频率无明显关系。在此基础上建立了基于热力学熵的金属低周疲劳寿命预测模型,该模型可用于金属构件疲劳损伤的实时评估。     

低碳低合金钢的变幅疲劳寿命估算

分别用15MnVN钢旋转弯曲试样和经过锤击后的16Mn钢对焊接头，试验研究了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法。结果表明，在同一应力水平下，所用试样的常幅疲劳寿命服从对数正态分布。本文首先给出了以当量应力幅表示的疲劳寿命表达式，以及带存活率的疲劳寿命表达式，并进一步给出了带存活率的变幅疲劳寿命估算方法和估算结果。最后通过变幅疲劳寿命试验结果进行了验证，表明本文的估算结果是精确的。