汽車結構件疲勞裂紋擴展研究

摘 要：隨著經濟的發展，越來越多的人使用汽車出行。而車輪，是汽車行駛必不可少的一個零部件。車輪的狀態，也會對汽車的行駛安全產生巨大的影響。因此，本文將對汽車車輪的疲勞壽命進行研究，以希望能對延長

汽車車輪的使用壽命有一定幫助。

關鍵詞：結構件；疲勞裂紋；擴展

汽車的車輪是汽車行駛過程中最重要的一個零部件，沒有車輪的工作，汽車也就不能正常行駛。根據調查，我國交通事故的發生有相當一部分的原因來自于汽車車輪的質量或者狀態出現問題。因此，車輪對汽車的行駛安全起著相當關鍵的作用。本文將對汽車車輪的疲勞壽命與裂紋擴展進行研究，以希望能在一定程度上延長汽車車輪的壽命。

1 疲勞裂紋擴展

疲勞裂紋擴展指結構件或者元件由于交變載荷的作用，或者由于受到外在環境對結構件或者元件的侵蝕以及載荷的聯合作用，而導致結構件或元件產生細小裂紋的現象。隨著環境對結構件或者元件侵蝕時間的延長或者交變載荷周次的增加，已經產生的細小的裂紋會逐步擴展，在裂紋的尺寸變大后，結構件或者元件的剩余強度慢慢變小，逐步導致了結構件或者元件的斷裂。從宏觀的角度來看，疲勞裂紋的產生一般會起源于強度最弱的基體、結構件的拐角處、應力的集中區域、結構件的高應變區域等部位。而從微觀的角度來看，疲勞裂紋的產生可分為以下三種機制，分別是晶界開裂、滑移帶開裂、非金屬夾雜與基體界面開裂。

2 影響汽車鋼圈疲勞裂紋擴展的因素

汽車鋼圈是汽車車輪的重要組成部分之一，接下來，我們將對汽車鋼圈的疲勞裂紋的影響因素進行進一步的探討。

2.1 過盈量對鋼圈徑向疲勞壽命的影響

由于汽車的輪輞之間的裝配方式是過盈配合，而裝配時過盈量的大小會對鋼圈的受力狀態產生較大的影響，也因此會影響到汽車鋼圈的疲勞壽命。根據研究表明，裝配時的過盈量越大，汽車鋼圈的疲勞壽命也會跟隨著得到相應的提高。一輛行駛過程中的汽車，其車輪因為承受著地面對它的支撐力以及車身的重力而處于一個受壓的狀態，而在車輪受壓超出它可以承受的疲勞極限的時候，車輪很容易產生由于疲勞而帶來的失效。輪輞開裂導致汽車的輪胎氣壓下降是目前汽車鋼圈最主要的疲勞失效方式之一，這是因為由于車輪在收到壓力的情況下，其輪輻和輪輞所收到的力的作用呈相反方向，有可能使得裂紋沿著輪輞與輪輻的貼合面慢慢地向焊縫處所在的位置延伸，直接導致焊縫根部強度相對而言較弱的輪輞產生了斷裂。裝配輪輞和輪輻時的過盈量等同于向焊縫處施加了預置壓應力，這股力跟汽車車輪在行駛的過程中受到的壓力是相反的，隨著裝配時過盈量的增加，預置壓應力也逐漸加大，此時汽車鋼圈的變形抗力越大，鋼圈的疲勞壽命也就越強。

2.2 輪輻與輪輞接觸量長度對鋼圈徑向疲勞壽命的影響

輪輻與輪輞的接觸量長度指汽車鋼圈中輪輞和輪輻裝配后相互接觸的直線段。為了驗證輪輻和輪輞間接觸量長度對鋼圈疲勞壽命的影響，我們選取三種不同的接觸量長度來進行實驗，我們選取的長度分別為 5mm，8mm和 12mm，實驗結果如圖 1所示。

根據研究，如果輪輻和輪輞之間的接觸量長度越大，則汽車鋼圈的疲勞壽命也會跟隨接觸量長度的變大而變大。如果輪輻和輪輞之間的接觸量長度越大，意味著其相對應的預置壓應力也會越大，而汽車鋼圈的變形抗力也自然而然的跟著增大，汽車鋼圈在輪輞開裂之前所能承受的力越大，汽車鋼圈的疲勞壽命也因此而變強。

3 結束語

本文僅對汽車鋼圈的疲勞壽命進行了簡單的研究，汽車的車輪是是汽車行駛中必不可少的零件，沒有車輪，汽車也就不能行駛。因此，對汽車車輪的疲勞壽命進行研究，對車輪的疲勞磨損進行預防，是未來汽車技術發展中不可或缺的一個方面。希望隨著科技的發展，汽車的車輪可以有更長的壽命，為人們使用汽車出行帶來更大的方便性與安全性。

參考文獻：

[1]孫環，賀利樂 .焊接結構件疲勞裂紋擴展的數值研究[J]. 機械科學與技術 . 2015.

[2]王海，束一秀，李亞智 .帶锪窩緊固件孔邊三維多裂紋擴展的計算分析[J]. 航空工程進展 . 2013.

[3]張春國 .高強鋼雙金屬焊接疲勞裂紋擴展機理及組織演化規律研究 [D].長安大學 . 2013.

[4]張紀奎，吳烈蘇，馬少俊 .航空鋁合金彈塑性狀態疲勞裂紋擴展速率試驗[J]. 北京航空航天大學學報 . 2013.