試驗(yàn)檢測(cè)

鋁合金車輪疲勞壽命的預(yù)測(cè)

實(shí)現(xiàn)汽車輕量化有助于改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，如車輪的輕量化。對(duì)車輪實(shí)現(xiàn)輕量化還能夠減輕簧下質(zhì)量，提高汽車的乘坐舒適性。對(duì)車輪的輕量化可通過采用鋁合金材料實(shí)現(xiàn)。鋁合金車輪在應(yīng)用前需要保證其具有足夠的安全性，80%以上的車輪破壞是由于疲勞破壞引起的，因而疲勞特性成為了車輪安全性能中最關(guān)鍵的指標(biāo)。若能在鋁合金車輪的設(shè)計(jì)階段對(duì)其疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，則可以降低鋁合金車輪的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)周期。給出一種預(yù)測(cè)鋁合金車輪疲勞壽命的方法，并將該方法的預(yù)測(cè)結(jié)果與真實(shí)試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果對(duì)比。

選擇A356-T6鋁合金鑄造車輪作為預(yù)測(cè)對(duì)象。首先，從鋁合金車輪3個(gè)不同位置提取了直徑為6mm的圓柱形試樣，進(jìn)行材料特性的確定。根據(jù)美國(guó)材料協(xié)會(huì)（ASTM）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的測(cè)試規(guī)范，對(duì)取出的試樣進(jìn)行可控應(yīng)變的扭轉(zhuǎn)測(cè)試和可控加載的疲勞測(cè)試，得到材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，并通過旋轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量鋁合金車輪的疲勞壽命。之后，在有限元軟件中建立鋁合金車輪的有限元模型，模型中的材料屬性根據(jù)之前圓柱形試樣的測(cè)試結(jié)果設(shè)定，單元類型則選擇10節(jié)點(diǎn)的四面體單元。確定有限元模型的邊界條件和負(fù)荷時(shí)，車輪輪輞部分與之前試驗(yàn)臺(tái)夾具接觸的所有節(jié)點(diǎn)。既設(shè)置位移約束又設(shè)置螺栓壓緊力約束，并在其上施加一個(gè)旋轉(zhuǎn)彎矩。進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，分別采用正弦疲勞準(zhǔn)則和臨界平面準(zhǔn)則計(jì)算鋁合金車輪的疲勞壽命。最后，將試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與有限元分析結(jié)果對(duì)比，顯示兩種準(zhǔn)則下預(yù)測(cè)出的疲勞壽命值均低于試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，最大誤差低于10%。這種誤差可能是由對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行材料特性確定時(shí)的誤差引起的。

FedericoBalloetal.SAE 2016-01-1575.

編譯：陳丁躍