汽车结构中焊缝疲劳寿命预估

介绍了焊缝疲劳寿命估算的有效方法——VOLVO方法的步骤及原理。采用该方法可计算出真实运行工况下结构焊缝的疲劳损伤和寿命情况。针对某商用车后桥壳上的焊缝连接,利用VOLVO方法进行了焊缝寿命预估,得到了整个焊缝的损伤和寿命分布,通过与台架试验中桥壳失效部位的对比表明,预估结果与试验结果一致。     

电驱动总成差速器壳体疲劳可靠性分析

对电驱动总成的差速器壳体进行疲劳可靠性分析，采用ANSYS有限元仿真软件建立差速器壳体仿真模型，计算得到其应力水平及变化规律，基于Goodman平均应力修正法及Miner线性累积损伤理论预估差速器壳体各关键部位的疲劳寿命；同时搭建疲劳耐久试验台架，对差速器壳体的疲劳可靠性进行试验验证，发现经过一定试验循环后差速器壳体轴颈部位发生断裂，与仿真预测的失效部位一致。     

高能摩擦副齿部啮合非线性冲击损伤新算法及疲劳寿命预测

重载车辆传动系统摩擦副在接合/分离过程中，摩擦片内齿与内毂外齿为啮合状态，由于动力输出的非平稳性，使得啮合齿部处于非线性高频冲击振动，其振动及冲击损伤特性将影响着传动系统的性能和使用寿命。为能正确预估高频冲击损伤对传动系统使用寿命的影响，对摩擦片齿部冲击碰撞应力变化规律和疲劳损伤理论的应用研究，提出了一种非线性冲击损伤计算的新算法。采用疲劳累积损伤原理和门槛值计算方法，分析了非线性冲击应力特性，引入了喷丸强化因子，并将代表当前损伤状态和应力状态对疲劳损伤发展影响的无量纲因子引进模型，得到了非线性冲击总损伤的数学模型。对摩擦副齿部进行了瞬态和稳态的应力试验测试，获得了1.5 mm齿侧间隙下10 s时间段的累积损伤值，利用新算法理论计算方法，推导了摩擦片全寿命周期总损伤值，获得了疲劳寿命预估值。经计算，其有效使用寿命周期为25.56 min。为对比不同边界条件下的损伤影响状态，对常用的不同齿侧间隙（0.75，1.25 mm）摩擦片齿部疲劳寿命进行了试验测试和总损伤值计算，分别获得了不同间隙条件下的使用寿命预估，其有效使用寿命分别为100.78，25.96 min。该方法能够通过实测应力状态，获得有效时间段累积损伤值，并通过计算，获得总损伤值及全寿命疲劳失效损伤的定量预估。该算法对摩擦片齿部高频冲击疲劳失效损伤的定量评价研究具有可操作的现实指导意义，也为进一步深入研究冲击碰撞损伤并准确量化研究奠定了理论基础。     

基于耗散能的老化沥青疲劳寿命预估模型分析

为了研究老化沥青疲劳性能,以70~#基质沥青和SBS改性沥青作为研究对象,以累积耗散能为评价指标,研究了老化对沥青疲劳寿命的影响,建立了老化沥青疲劳寿命预估方程,分析了应力控制和应变控制加载模式下疲劳寿命预估方程的适用性。首先将70~#基质沥青和SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT),使沥青发生老化,然后采用动态剪切流变仪在应力控制和应变控制加载模式下对不同老化程度的沥青进行时间扫描试验,通过耗散能随加载次数变化关系确定沥青疲劳寿命。基于累积耗散能建立应力加载控制模式下沥青疲劳寿命预估方程,并采用预估方程计算应变控制加载模式下的累积耗散能,检验预估方程的适用性。结果表明:累积耗散能随着荷载作用次数增加呈线性积累,当累积超过沥青疲劳破坏阈值时,发生疲劳破坏;经RTFOT老化后的70~#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命与累积耗散能具有较好的双对数线性关系(R0.8);当采用应力加载模式下获得的沥青疲劳寿命预估模型分析应变加载模式下沥青疲劳性能时,70~#基质沥青和SBS改性沥青累积耗散能计算值与实测值之间的误差大多在10%以内,可认为基于累积耗散能建立的沥青疲劳寿命预估方程不受加载模式的影响。     

重型汽车尾灯支架振动疲劳分析及优化

某重卡尾灯支架在实际行驶过程中出现振动疲劳失效,为此采集了尾灯支架的激励载荷,并将激励载荷加载于尾灯支架有限元模型上进行振动疲劳分析,计算结果与实际损伤部位吻合,通过损伤分析,提出了新方案,提高了尾灯支架的振动疲劳寿命。     

摩托车车架系统疲劳强度分析及寿命预估

对疲劳强度理论进行分析,结合摩托车车架系统的疲劳类型为机械高周变幅疲劳的特点,提出采用安全寿命设计方法分析摩托车车架系统疲劳问题的研究思路。建立了与疲劳试验机试验工况相对应的摩托车车架系统有限元分析模型,对摩托车车架系统疲劳强度进行了计算,在此基础上对该车架系统的疲劳寿命进行了预估,车架疲劳试验机上试验结果验证了理论分析的正确性,为车架疲劳强度分析及寿命预估提供了理论依据。     

基于有限元法的轿车车身结构及焊点疲劳寿命分析

以某型轿车车身为例,建立车身的有限元模型,在对车身进行了单位激励下的冲击响应分析并得到应力应变分布结果的基础上,利用M iner损伤累积准则,在MSC.Fatigue软件中对车身的疲劳寿命进行仿真分析,估算出该型车在D级路面上行驶时的结构及焊点疲劳寿命,分析结果显示出的危险部位与实车实验基本一致。     

公路桥梁的疲劳评定

本文介绍了美国AASH－TO设计规范中公路桥梁疲劳评定的基本概念，从等效应力幅度与应力循环次数的关系为出发点并结合ADTT图推导出疲劳寿命估算的公式，然后采用实例说明了现有公路桥梁疲劳寿命预估的计算方法及一般步骤，旨在对我国公路桥梁的疲劳评定工作有所帮助。     

基于损伤力学的沥青混合料疲劳寿命预估

该文根据损伤力学的相关理论,用循环耗散能定义为沥青混合料的损伤变量,在此基础上,根据疲劳试验结果推导出了损伤函数、损伤演化方程,并分析了该损伤模型与经典Miner线性损伤模型的关系,验证了该模型的非线性事实。最后应用该模型对沥青混合料的疲劳寿命进行了预估,计算结果与试验值比较接近,说明了该模型的可行性。     

弹性支撑条件下齿轮轴的疲劳应力谱计算和疲劳寿命预估

以某轿车变速器的中间齿轮轴为研究对象,以变速器壳体支撑刚度为边界条件,建立弹性支撑条件下的齿轮轴总成有限元模型,并对该建模方法的合理性进行验证。通过临界平面法预估齿轮轴疲劳损伤分布结果表明,齿轮轴损伤较大位置与应力较大位置的分布基本一致;损伤最大值位于齿轮轴的花键齿根部,且远小于损伤临界值,齿轮轴疲劳寿命满足设计要求。台架寿命试验表明,该齿轮轴顺利通过试验测试,无失效现象发生。     

车门开闭耐久仿真分析研究及优化

针对在车门开闭耐久试验过程中,某样车车门出现的焊点疲劳开裂问题,在考虑铰链连接、密封条连接及焊点细化建模的前提下,建立车门开闭耐久仿真有限元模型;根据Miner线性疲劳累计损伤理论,对车门开闭模型进行疲劳仿真分析,找出结构设计的风险点。在此基础上,提出优化方案,进行仿真疲劳寿命预测,最终通过试验验证了优化方案的有效性。提出了一种针对车门开闭耐久试验中焊点开裂的疲劳分析优化方法,可以在产品设计开发阶段,准确地发现问题并快速解决问题,可以缩短开发周期,节省开发费用,具有一定的工程实用价值。     

离子注入钨的镀锌钢板点焊电极寿命试验研究

通过分析镀锌钢板点焊电极寿命降低的原因，提出了提高镀锌钢板点焊电极寿命的离子注入钨的方法。采用离子注入钨方法在点焊电极工作端面注入钨以改善电极性能。进行了离子注入钨前、后的点焊电极寿命试验研究，测试了离子注入钨前、后的点焊电极显微硬盘。试验结果表明，离子注入钨的电极寿命由原来的600点左右提高到800点左右，点焊飞溅现象减少，改善了焊点表面质量。     

Fatigue analysis for a multi-lap spot welded joint of high strength steel using quasi static tensile-shear test

The welding quality of spot weldment is an important factor that significantly affects the strength, stiffness, safety, and other performance characteristics of vehicles. Therefore, quality control and fatigue life evaluation of spot weldment are necessary processes. This paper presents a method for determining the fatigue life of multi-lap spot weldment of a high strength steel sheet. In this method, the fatigue life is estimated using the lethargy coefficient, which is the total defect coefficient according to rupture stress and time obtained by the quasi static tensile-shear test. The DC potential drop method was used to check initiation and propagation of cracks in addition to the test. Also, in this study, we modified the lethargy coefficient by using the welding current. Furthermore, we define a specific lapping constant, which is a characteristic constant of 2 or 3 lap weldments. The fatigue life obtained by the fatigue estimate equation, which contains a specific lapping constant was compared and verified with an experimental value. Finally we analyzed the relation of lap number, welding current and fatigue life. This method can save processing time and cost for predicting the life cycle of a structure.     

Fatigue strength assessment including welding residual stress of spot welded joints subjected to cross-tension loads

This paper presents a method to assess of fatigue strength for resistance spot welded joints, which incorporates welding residual stress effects. To achieve this, first, a non-linear finite element analysis (FEA) was performed to simulate the spot-welding process. To validate the FEA results, the numerically calculated welding residual stresses of spot welds were then compared with experimental results measured by X-ray diffraction method. The residual stress distributions showed good agreement between calculations and experiments. To evaluate the effects of welding residual stress on the fatigue design criterion of resistance spot welded joints subjected to cross-tension load, the stress amplitude (σ_a-res) taking into account welding residual stress at a spot weld was proposed based on a modified Goodman equation incorporating the residual stress effect. Using the stress amplitude σ_a-res at the nugget edge of a spot weld, the ΔP ? N_f relations obtained as the fatigue test results for spot welded joints were systematically rearranged to the σ_a-res ? N_f relation. It was found that the proposed stress amplitude (σ_a-res) provides more reasonable and accurate fatigue design criterion of spot welded joints subjected to cross-tension load.     

U肋-面板全熔透焊接接头疲劳性能试验

正交异性桥面板U肋-面板焊接接头为疲劳裂纹多发部位,为了提高U肋-面板焊接接头疲劳性能,分析目前规范中对该构造细节的疲劳设计要求以及疲劳问题依然存在的原因,在目前主要采用部分熔透焊形式的背景下,考虑引入全熔透焊接以期达到提高疲劳性能的目的。研究围绕一种全新的U肋-面板全熔透焊接接头的疲劳性能分别开展构造细节和节段足尺模型试验研究。试验结果表明：全熔透疲劳裂纹都是始于U肋内侧焊趾处,沿着U肋腹板厚度方向发展,部分熔透焊裂纹主要始于未熔透焊缝的焊根部位,沿焊喉方向发展,直至贯通整个焊喉,且在同样加载条件下,全熔透焊裂纹产生的加载次数明显高于部分熔透焊;全熔透焊的热点应力试验测试值与理论计算值基本一致,U肋焊趾部位应力集中明显,内侧受拉外侧受压,解释了疲劳裂纹起始点为U肋焊趾内侧;经回归计算得到热点应力疲劳强度为263.8 MPa;将足尺节段疲劳试验加载幅度对应的加载次数换算为公路桥梁规范单车轮轮载60 kN所对应的加载次数,2个试件加载次数都超过1.2亿次,且U肋-面板全熔透焊接接头依然没有疲劳裂纹产生,表明U肋-面板全熔透焊接接头具备优良的抗疲劳性能。     

超大跨径斜拉桥钢桥面板疲劳损伤监测与断裂力学研究

为研究超大跨径斜拉桥钢桥面板的疲劳损伤问题,本文以某斜拉桥为工程背景,对实桥进行了现场疲劳损伤监测与分析,并基于断裂力学的三维裂纹扩展模型,对钢箱梁顶板-U肋和横隔板-U肋等焊接细节进行了数值仿真与研究。结果表明：实桥顶板-U肋焊缝细节高应力幅(大于10MPa)循环次数与疲劳损伤度明显低于横隔板-U肋细节,横隔板-U肋焊缝最大应力幅达到75~90MPa,顶板-U肋焊缝最大应力幅为15~30MPa,横隔板-U肋焊缝细节处裂纹数量远大于顶板-U肋焊缝细节处裂纹数量;顶板-U肋焊缝裂纹在扩展过程中基本保持平面,裂纹扩展有先沿焊缝方向纵向扩展,再向深度方向扩展的趋势;横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹先沿初始裂纹深度方向在横隔板扩展,再向横隔板厚度方向扩展,焊趾处裂纹先向U肋厚度方向扩展,后沿初始裂纹长度方向顺桥向扩展;在初始裂纹尺寸与荷载条件相同的情况下,顶板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速度大于焊根处裂纹扩展速度,横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速率大于横隔板焊趾处裂纹扩展速率。     

T-car后桥台架疲劳试验研究

采用台架疲劳试验模拟了T-car后桥在道路试验中的受力状态。通过对T-car后桥进行的总成扭转试验、总成单侧侧向力试验和总成单侧纵向力试验,测得了各测点在疲劳循环中的应变幅、主应变幅度,并采用Coffin-M anson公式估算了寿命。试验表明,台架疲劳试验能反映路试时的疲劳损伤,根据T-car后桥用钢的应变疲劳性能估算得到的疲劳寿命与实际路试结果相符。     

点焊结构应力应变场数值模拟分析

采用ANSYS数值模拟软件,对点焊结构焊点附近的应力应变状况进行了详细的分析。分析结果表明,在点焊接头中应力和应变的分布是不均匀的,焊核中心的应力比较小,高应力区主要存在于热影响区内,即点焊接头热影响区附近是易于产生破坏的主要区域,且应力发展趋势是从母材贴合面与焊核交界线向外扩展。模拟分析试样变形状况与试验室点焊结构剪切拉伸疲劳试样的变形形状基本吻合,说明利用有限元数值模拟试验分析是可行的。     

重载交通作用下某斜拉桥疲劳损伤研究

该文以某公铁两用斜拉桥为背景,引入基于热点应力的S-N曲线,对重载交通作用下考虑公铁联合作用的结构疲劳损伤进行了研究。文中通过交通量调查获得共35个交通量样本数据,根据等效损伤原理得到典型疲劳车型和车辆荷载谱,应用Monte-Carlo方法和Miner线性损伤准则计算了典型构造细节的损伤度;为研究重载交通的影响,考虑了各疲劳车型超载一定比例和仅某种车型超载两种情况,探讨了重载交通对结构构件损伤的影响。研究结果表明,按目前的交通状况预测,大桥疲劳寿命满足设计要求,随超载车数量占总交通量比例的增加,构件疲劳损伤度迅速增长,相比其它车型,5轴以上车辆超载时损伤度有了明显的增加。