汽車疲勞耐久性技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（51頁)ppt課件

1、汽車疲勞耐久性技術現(xiàn)狀及開展趨勢張式程全德華人機電工程學會.汽車疲勞主要內(nèi)容 (分別見“疲勞耐久性-1,-2,-3 三個PPT文件)汽車疲勞耐久性技術現(xiàn)狀及開展趨勢1) 目前疲勞分析所能到達的精度2 疲勞分析在汽車開發(fā)流程中的定位3 汽車疲勞測試方法、分析方法的現(xiàn)狀及開展趨勢4) 疲勞耐久性技術終究要處理什么問題課堂討論與問答疲勞耐久性分析實際根底及關鍵技術1) 疲勞壽命預測的根本實際2) 等效應力選取原那么與多軸疲勞分析3) 疲勞目的值的設定4) 整車CAE中的焊點焊縫模型5) 焊點焊縫疲勞分析方法6) 焊點焊縫疲勞實驗設計7) 能否以及如何建立一套適宜本人產(chǎn)品的疲勞分析方法課堂討論與問答汽

2、車疲勞耐久性分析工具(軟件軟件)的選擇1) 汽車開發(fā)常用疲勞分析軟件簡介2) 疲勞分析與其他分析(剛度,強度,振動,碰撞)的關系3) 如何選擇疲勞分析軟件課堂討論與問答2.汽車疲勞測試方法、分析方法的現(xiàn)狀及開展趨勢汽車耐久性道路實驗汽車耐久性臺架實驗汽車零部件耐久性臺架實驗測試方法分析方法Source: nCode 2004 FE-Fatigue Overview Release 6.03.4疲勞分析在汽車開發(fā)流程中的定位在第一階段: 評價各種設計方案能否滿足疲勞耐久性要求.在第二階段: 盡早發(fā)現(xiàn)疲勞危險部位, 及時采取措施, 使樣車順利經(jīng)過汽車耐久性臺架實驗和汽車耐久性道路實驗.在第三階段:

3、 發(fā)現(xiàn)前兩個階段漏判的部分問題還來得及改良, 假設必需進展大的改動那么闡明疲勞耐久性分析尚須改良.第一階段第二階段第三階段Source: Automotive Circle Internaional Conferrence, 13-14 March 2007, Bad Nauheim, Germany.5振動,碰撞等疲勞分析與其他分析(剛度剛度,強度強度,振動 碰撞等)的關系Source: EuroCarBody 2007, 16-18 Oct. 2007, Bad Nauheim, Germany.耐久性設計目的設定與分解汽車設計(或希望保證)的運用壽命, 例如30萬公里汽車在耐久性道路實驗

4、場上的行使里程, 例如2000公里 不同路況 (市郊, 鄉(xiāng)間, 越野) 非正常情況(壓路邊妨礙物) 潮濕腐蝕路面汽車在耐久性道路實驗場上行使過程中記錄各種工況下的有效疲勞載荷路譜(每種工況記錄一定時間)陳列組合不同路譜, 緊縮無效成份為零部件與整車臺架加速實驗提供實驗載荷虛擬路面汽車多體動力學模型為耐久性計算或實驗提供虛擬路譜汽車耐久性疲勞計算, 輸出損傷值 D各環(huán)節(jié)之間需求大量閱歷積累, 并無嚴厲的定量關系.6.1)2)3)4)5)目前疲勞分析所能到達的精度非常稱心的精度: 損傷值 1D10例如, 假設根據(jù)閱歷可以確定如下當量關系:30萬公里正常運用壽命大致相當于2000公里汽車耐久性道路實

5、驗行使里程,而針對2000公里汽車耐久性道路實驗行使里程的疲勞耐久性計算得出的被實驗證明的疲勞破壞部位的損傷值D大約在1.0和10之間.到達上述精度往往需求多年的閱歷積累以及根據(jù)閱歷反復的修正.如何改良精度?檢查能否存在系統(tǒng)誤差, 如是可以將過大或過小的損傷值經(jīng)過一個系數(shù)修正到1.0和10之間.全面檢查疲勞耐久性計算的各個環(huán)節(jié), 特別是邊境條件. 在這個過程中可經(jīng)過敏感性分析計算確定哪些要素有較大影響.對疲勞耐久性分析而言閱歷非常重要, 和有閱歷的計算工程師和疲勞實驗工程師深化討論往往很有協(xié)助.有時也不能排除實驗中的錯誤(人們普通疑心計算結果而很少疑心實驗結果),經(jīng)常標定實驗設備很重要.計算與

6、實驗有機結合: 實驗前用計算協(xié)助設計實驗, 實驗后用丈量結果驗證計算.7.疲勞計算主要環(huán)節(jié)單位載荷作用下線彈性靜載應力計算(獲得應力分量和單位載荷的關系)載荷譜(實踐載荷與時間的關系)線性疊加原理找出最大等效應力(危險截面上的最大正應力或最大剪應力)對于鋒利缺口附近應力過高等情況經(jīng)過思索應力梯度將過高的應力修正到接近實踐的程度用Neuber修正將線彈性最大等效應力轉換成最大線彈性最大等效應力應變計算疲勞損傷參量變(例如Pswt)同時思索平均應力的影響實驗測定的資料疲勞特性曲線(S-N曲線或應變E-N曲線以及循環(huán)應力應變曲線)計算疲勞損傷積累(普通采用Miner準那么)計算有效循環(huán)次數(shù)(Rain

7、flow counting)輸出計算結果(損傷值D, 或稱疲勞目的值)D1 表示能夠出現(xiàn)疲勞破壞8.疲勞分類LCF: 低周疲勞HCF: 高周疲勞疲勞極限Source: Y. Lee et al.: Fatigue Testing and Analysis - Theory and Practice, Elsevier ButterworthHeinemann, 20059.高周疲勞與低周疲勞高周疲勞: 應力較高, 應變較低 普通采用應力S-N曲線 (只需測試相對簡單的S-N曲線 ) 汽車疲勞計算多為高周疲勞低周疲勞: 應變較高, 應力較低 普通采用應變E-N曲線 (需測試相對復雜的E-N曲線

8、) 汽車疲勞計算中和溫度有關時多為底周疲勞為了運用方便, 許多疲勞軟件在方法上給用戶提供應力曲線法和應變曲線法的選擇, 實踐上做了如下延伸: 用應力S-N曲線覆蓋低周疲勞 用應變E-N曲線覆蓋高周疲勞 實際闡明這種延伸在汽車疲勞計算中是可以接受的10.疲勞破壞機理Source: Y. Lee et al.: Fatigue Testing and Analysis - Theory and Practice, Elsevier ButterworthHeinemann, 200511.12積分)應力強度因子)等效應力選取原那么與多軸疲勞分析載荷名義應力構造應力缺口應力缺口應變斷裂力學斷裂力學S

9、ource: IIW document XIII-2151-07 / XV-1254-07汽車構造疲勞分析常用等效應力參量多軸疲勞分析: 危險截面法(J積分(應力強度因子.損傷積累計算的Miner方法那么niNi損傷值:D = niNiSource: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermdungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 2003 und 200713.應力壽命方法,壽命方法 計算疲勞壽命時常用的一些近似處置光滑試件SN曲線思索各種影響要素后的SN曲線Miner originalMi

10、ner modifiedMiner elementarySource: Y. Lee et al.: Fatigue Testing and Analysis - Theory and Practice, Elsevier ButterworthHeinemann, 200514.15應變壽命壽命方法應力應變循環(huán)曲線:每個循環(huán)所包圍的面積為該循環(huán)的能量損耗Source: Y. Lee et al.: Fatigue Testing and Analysis - Theory and Practice, Elsevier ButterworthHeinemann, 2005.16應變壽命壽命方法

11、Source: Y. Lee et al.: Fatigue Testing and Analysis - Theory and Practice, Elsevier ButterworthHeinemann, 2005.應變壽命壽命方法Source: Seminar Betriebsfestigkeit auf der Grundlage rtlicher Beanspruchungen, TU Darmstadt, 11.-13.03.200317.應變壽命壽命方法Source: Seminar Betriebsfestigkeit auf der Grundlage rtlicher B

12、eanspruchungen, TU Darmstadt, 11.-13.03.200318.損傷參數(shù) P最常用Source: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermdungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 2003 und 200719.應力20疲勞載荷描畫SmaxSmin最大應力最小應力SmaxSmean 平均應力SmeanSminR=SminSmax應力比時間SmaxSminSource: Christoph Bach, Dissertation, “Beitrag zur Model

13、lierung des Schwingermdungsverhaltens und zur rechnerischenLebensdaueranalyse von endlos kohlenstofffaserverstrkten Vinylester-Matrixsystemen“, TU Kaiserslautern, 2007.Neuber修正目的: 以線彈性應力應變估算彈塑性應力應變線彈性應力應變彈塑性應力應變Source: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermdungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidel

14、berg 1995, 2003 und 200721.思索應力梯度將過高的應力修正到接近實踐的程度過高的缺口應力接近實踐程度的缺口應力Source: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermdungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 2003 und 200722.彈性缺口應力集中系數(shù)與疲勞缺口系數(shù)彈性缺口應力集中系數(shù)疲勞缺口系數(shù)Kt=knSource: Y. Lee et al.: Fatigue Testing and Analysis - Theory and Practice, Else

15、vier ButterworthHeinemann, 200523.金屬資料的SN曲線實驗曲線擬合技術要點 采用雙對數(shù)線性回歸 以疲勞壽命N為因變量, 應力幅度為自變量 在同一應力幅程度實驗點太少時, 以回歸中線為縱軸使一切實驗點參與統(tǒng)計分布(如紅線所示)Source: Y. Lee et al.: Fatigue Testing and Analysis - Theory and Practice, Elsevier ButterworthHeinemann, 200524.金屬資料的SN曲線實驗曲線擬合技術要點 采用雙對數(shù)線性回歸 以疲勞壽命N為因變量, 應力幅度為自變量 在同一應力幅程度

16、實驗點太少時, 以回歸中線為縱軸使一切實驗點參與統(tǒng)計分布(如紅線所示) 思索存活概率 (50%為中線)A50%90%10% A50%10%90%NNSource: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermdungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 2003 und 200725.26汽車計算常用軟件包CAD：CATIAPro/EngineerPre-/Postprocessor:MedinaANSAHyperMeshFE-Solver：NASTRAN (MSC.NASTRAN, NX.NASTR

17、AN)ABAQUSMARCANSYSPERMASLS-DYNAPAM-CRASHRADIOSSSTAR-CD(STAR-CCM+), FLUERENT, POWERFLOW.汽車疲勞計算常用軟件DesignLife (nCode)FEMFATFEMSITEFE-SAFELMS Virtual.Lab Durability英國, 德國奧地利奧地利英國德國, 比利時27.包括焊點焊縫)數(shù)據(jù)疲勞分析必備條件構造外形尺寸(包括焊點焊縫 數(shù)據(jù)資料數(shù)據(jù)載荷數(shù)據(jù)分析結果: 疲勞損傷值的分布Source: nCode 2004 FE-Fatigue Overview Release 6.028.疲勞分析必備條

18、件Source: nCode 2004 FE-Fatigue Overview Release 6.029.30汽車車身車身計算建模表示圖Source: 26. Europische Karosseriekonferenz, 26-27 Feb. 2021, Bad Nauheim, Germany.資料疲勞性能實驗Source: nCode 2004 FE-Fatigue Overview Release 6.031.疲勞載荷Source: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermdungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin H

19、eidelberg 1995, 2003 und 200732.時間應力任務疲勞載荷 Rainflow 循環(huán)次數(shù)計數(shù)法應變應變應變應變Source: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermdungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 2003 und 200733.疲勞載荷的獲取整車實驗場整車實驗臺零部件實驗設備Source: nCode 2004 FE-Fatigue Overview Release 6.034.汽車多體動力學模型Source: Gnther Preschany, Lotha

20、r Witte, Gesamtfahrzeugmodell auf der virtuellen Prfstrecke, Porsche AG, Internet publication35.汽車多體動力學模型 - 輪胎模型Source: Gnther Preschany, Lothar Witte, Gesamtfahrzeugmodell auf der virtuellen Prfstrecke, Porsche AG, Internet publication36.汽車多體動力學模型 - 輪胎模型Source: Gnther Preschany, Lothar Witte, Gesam

21、tfahrzeugmodell auf der virtuellen Prfstrecke, Porsche AG, Internet publication37.汽車多體動力學模型 虛擬路面真實路面虛擬路面Source: Gnther Preschany, Lothar Witte, Gesamtfahrzeugmodell auf der virtuellen Prfstrecke, Porsche AG, Internet publication38.汽車多體動力學模型 - 正常路面Source: Gnther Preschany, Lothar Witte, Gesamtfahrzeu

22、gmodell auf der virtuellen Prfstrecke, Porsche AG, Internet publication39.汽車多體動力學模型 耐久性實驗路面Source: Gnther Preschany, Lothar Witte, Gesamtfahrzeugmodell auf der virtuellen Prfstrecke, Porsche AG, Internet publication40.汽車多體動力學模型 - 與有限元模型結合Source: Gnther Preschany, Lothar Witte, Gesamtfahrzeugmodell auf der virtuellen Prfstrecke, Porsche AG, Internet publication41.載荷譜損傷譜汽車多體動力學模型 - 模擬與實測的比較實測值實測值實測值模擬值模擬值模擬值模擬值實測值Source: Gnther Preschany, Lothar Witte, Gesamtfahrzeugmodell