摘要: 在实际工作状态下，车轮往往承受交变载荷，因此，疲劳破坏是汽车钢圈的主要破坏形式之一。目前有关汽车钢圈寿命预测方法的研究大致有名义应力法、局部应力应变法和应力场强法等方法，学者们多年的研究取得了一定的成果，对汽车钢圈的疲劳寿命预测起... 展开 在实际工作状态下，车轮往往承受交变载荷，因此，疲劳破坏是汽车钢圈的主要破坏形式之一。目前有关汽车钢圈寿命预测方法的研究大致有名义应力法、局部应力应变法和应力场强法等方法，学者们多年的研究取得了一定的成果，对汽车钢圈的疲劳寿命预测起了较为重要的作用。但这些方法均未考虑材料性能的不均匀性缺陷对疲劳寿命的影响，所得的结果与实际寿命之间差距较大，难以真正应用于工程实际。因此，考虑材料性能的不均匀性，研究车轮疲劳寿命的预测是一种新的途径。 本文针对钢圈结构和工况的特点，从材料性能不均匀性的角度出发，结合疲劳损伤理论和有限元分析方法，建立了适合计算车轮疲劳寿命的损伤有限元方法，较准确地实现了对钢圈疲劳寿命的预测。内容涉及损伤力学、疲劳寿命预测理论、计算机数值模拟理论等。主要包括以下几点： 在车轮有限元建模上，首先利用ANSYS完成了钢圈的三维几何建模、网格划分及载荷约束，然后通过Cerig命令在加载轴端建立一主节点，将该节点与其它螺栓孔受力节点通过刚性梁耦合，最后在主节点上加旋转载荷。从而可以简化和基本模拟了车轮的实际工作过程。 在疲劳寿命分析上，采用损伤力学理论，研究了车轮在交变载荷作用下的损伤破坏过程。基于应变等效假设的疲劳损伤耦合理论和求解损伤力学问题的附加载荷有限元法，结合“杀死”单元技术，以循环次数划分步长，建立了在任意载荷作用下计算疲劳寿命的损伤力学—附加载荷—有限元法计算格式。结合拟合成的损伤模型材质参数，利用APDL语言对ANSYS进行二次开发，对钢圈的损伤破坏过程进行数值模拟计算，在得到钢圈疲劳寿命的同时，给出了不同循环次数下裂纹的扩展路径。 最后，通过对车轮弯曲疲劳试验结果与有限元数值仿真结果进行对比验证，说明了此方法的可行性。 收起