發(fā)動機機體疲勞可靠性模擬試驗基礎問題研究.pdf

1、疲勞可靠性是汽車關鍵零部件的重要性能指標之一，也是我國汽車產(chǎn)品設計技術與國際先進水平的主要差距所在。本文以CAE仿真分析方法和強化疲勞試驗技術為手段，對發(fā)動機機體疲勞特性進行了深入研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　1)基于有限元分析方法，對發(fā)動機機體疲勞模擬試驗系統(tǒng)進行CAE仿真分析，建立了較為完備的試驗模型，研究了疲勞試驗中加載軸類型(半軸、全軸)及軸瓦裝配參數(shù)(間隙、過盈量)對發(fā)動機機體相應部位的應力特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與全軸傳

2、遞方式相比，半軸傳遞作用下的軸瓦接觸壓力、主軸承座應力及軸承孔變形等均較大。應力隨軸瓦裝配過盈量增大而增大，而軸瓦間隙對應力的影響作用相對復雜。
　　2)為實現(xiàn)發(fā)動機機體疲勞試驗系統(tǒng)中裂紋發(fā)生診斷的自動化、智能化，通過經(jīng)典時序分析方法對試驗過程中采集的動態(tài)應變信號進行AR模型參數(shù)估計，時序模型中殘差方羞特征量對裂紋發(fā)生非常敏感，應變時序信號的微小變化便可使模型殘差方差發(fā)生突變，因此，利用時間序列的殘差方差可定性地診斷裂紋的發(fā)生?；?/p>

3、于CAE仿真分析，對機體進行裂紋預制，并采用“應變相對變化量”方法對裂紋進行定位分析，通過損傷指標可以對裂紋的發(fā)生位置進行識別。損傷位置指標利用了各點應變的相關性，具有定位精度高的特性，論文采用對機體預制裂紋的方法進行了驗證，通過計算可知定位誤差約為2.25％。
　　3)由于發(fā)動機機體的幾何結(jié)構(gòu)復雜，即使在簡單載荷的作用下，結(jié)構(gòu)復雜的部位仍然呈現(xiàn)多軸應力狀態(tài)，如凸輪軸孔與主油道孔貫穿部位。這些部位需采用多軸疲勞損傷模型進行疲勞壽命

4、預測。論文在現(xiàn)行的應用于標準缺口試件的多軸疲勞損傷模型的基礎上，以臨界平面內(nèi)的剪切應變與正應變的非線性組合作為損傷控制參量，提出了一種新的基于臨界平面的多軸疲勞損傷模型，并通過試驗驗證了該損傷模型的正確性。
　　4)針對發(fā)動機機體生產(chǎn)成本較高，試驗周期較長等特點，采用小樣本試件對機體疲勞極限進行預測，以最小二乘法反推壽命為1000次的載荷為低周疲勞載荷點，將其應用于SAFL方法中對疲勞極限值進行預測，分別采用Gauss分布和Wei

5、bull分布進行疲勞可靠性統(tǒng)計。通過對多組疲勞試驗數(shù)據(jù)的回歸分析可知，Gauss分布統(tǒng)計的母體樣本均值和方差與Weibull分布統(tǒng)計的差別甚微，但是試驗數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響擬合的精度。
　　5)采用標準裂紋和缺口構(gòu)件對機體凸輪軸孔部位應力場進行等效，將斷裂力學概念引入到機體疲勞極限預測中，通過疲勞試驗結(jié)果與標準裂紋的對比將疲勞試驗的結(jié)果與標準裂紋的對比，計算材料的疲勞裂紋擴展的門檻值，通過應力強度因子門檻值對相同材料、相同生產(chǎn)工藝的