某驅(qū)動(dòng)后橋半軸疲勞壽命仿真分析方法研究

陽(yáng)榮慧，李新莊，胡文華，何寄平

(福田汽車時(shí)代事業(yè)部，湖南長(zhǎng)沙 410129)

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某驅(qū)動(dòng)后橋半軸疲勞壽命仿真分析方法研究

陽(yáng)榮慧，李新莊，胡文華，何寄平

(福田汽車時(shí)代事業(yè)部，湖南長(zhǎng)沙 410129)

以某驅(qū)動(dòng)后橋半軸為研究對(duì)象。聯(lián)合使用Hypermesh及ABAQUS軟件計(jì)算其結(jié)構(gòu)應(yīng)力，將結(jié)果文件導(dǎo)入MSC.PATRAN軟件中，計(jì)算其疲勞壽命。仿真計(jì)算得出的疲勞壽命結(jié)果合理、可靠，表明以此方法進(jìn)行半軸疲勞壽命仿真分析可行，為半軸的疲勞壽命仿真分析提供了一種可行和有效的方法和途徑。

半軸；疲勞壽命；聯(lián)合仿真

0 引言

半軸是驅(qū)動(dòng)橋中非常關(guān)鍵的一個(gè)零部件，它起到傳遞扭矩至驅(qū)動(dòng)輪胎的作用，工況非常惡劣，長(zhǎng)期受扭矩和各種沖擊載荷作用，屬于易破損件[1]。如果在設(shè)計(jì)中能夠?qū)ζ溥M(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)仿真，預(yù)測(cè)其壽命和破損度，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，可以大大提高半軸的設(shè)計(jì)可靠性和安全性，使材料得到合理利用，使后續(xù)的實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)減少經(jīng)費(fèi)和投入。并且通過(guò)分析對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到提高產(chǎn)品可靠性和壽命的目的。但是考慮材料非線性的疲勞壽命仿真是一個(gè)難點(diǎn)，因此研究一種切實(shí)可行的半軸疲勞壽命仿真方法意義很大。

水稻種子的加工檢驗(yàn)是通過(guò)使用機(jī)械設(shè)備，將水稻種子進(jìn)行分選，水稻種子分選的依據(jù)是水稻種子的外形、尺寸、重量等因素將水稻種子直接區(qū)分開(kāi)，外形、尺寸相似的分為一類，重量相似的分為一類，方便種子質(zhì)量的區(qū)分工作。

1 半軸簡(jiǎn)介

圖1 半軸安裝圖

文中所研究的半軸為工程車中常用的半軸，其實(shí)物如圖1所示，半軸的一端與差速器半軸齒輪使用花鍵相連，另一端使用螺栓與輪轂相連，傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩。文中研究的半軸結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 半軸模型圖

2 半軸疲勞分析方法研究與結(jié)果

根據(jù)半軸的工況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用Hypermesh、ABAQUS和PATRAN等多軟件聯(lián)合仿真的方法來(lái)計(jì)算半軸的疲勞壽命。首先采用Hypermesh軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分前處理；然后使用ABAQUS軟件的強(qiáng)大仿真能力進(jìn)行應(yīng)力分析，并導(dǎo)出應(yīng)力結(jié)果數(shù)據(jù)文件；最后將應(yīng)力結(jié)果數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入PATRAN軟件中進(jìn)行疲勞材料和工況載荷設(shè)置，進(jìn)而計(jì)算出半軸的疲勞壽命。

2.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

根據(jù)半軸的實(shí)際路況設(shè)置了載荷邊界條件，其受到的載荷力矩大小按正弦規(guī)律交替變化。力矩波形值如圖3所示,其最小扭矩Mmin=1 500 N·m，最大扭矩Mmax=16 500 N·m；交變載荷幅值Ma=7 500 N·m；半軸扭轉(zhuǎn)最高頻率f≤15 Hz。

在PATRAN軟件中，根據(jù)材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，為其設(shè)計(jì)和輸出S-N曲線，如圖8所示。

圖3 半軸扭矩疲勞載荷波形

首先使用Hypermesh軟件對(duì)半軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分(如圖4所示)，定義半軸結(jié)構(gòu)材料42 CrMo信息(如表1所示)，分別加載單位載荷和最大扭矩16 500 N·m后導(dǎo)入ABAQUS軟件進(jìn)行求解，分析結(jié)果如圖5和圖6所示，單位載荷下最大Vonmises應(yīng)力值為0.055 MPa，在1.65×104N·m純扭矩作用下最大Vonmises應(yīng)力值為965 MPa，高于屈服強(qiáng)度930 MPa。

圖4 半軸有限元模型圖

彈性模量/GPa206泊松比0.3材料密度/(t·mm-3)7.9×10-9屈服強(qiáng)度/MPa930抗拉強(qiáng)度/MPa1080

圖5 單位載荷半軸應(yīng)力分布云圖

圖6 1.65×104 N·m扭矩應(yīng)力云圖

2.2 疲勞壽命預(yù)測(cè)分析

根據(jù)載荷加載特點(diǎn)，扭矩最小為1 500 N·m，最大為16 500 N·m，設(shè)計(jì)為單循環(huán)歷程曲線，如圖7所示。

圖7 載荷歷程曲線

君主為鞏固自己的權(quán)威，使臣子之間相互牽制以達(dá)到制衡的目的，這種君臣之間、臣子之間微妙的關(guān)系正是當(dāng)時(shí)士人為官庸庸碌碌心態(tài)的來(lái)源。在上下相互疑忌的政治氛圍中，士人早已不敢奢想行忠君之事，更遑論獨(dú)仕一君、為君守節(jié)，甚者已淪為只知悅上取寵。馮道將官場(chǎng)的生存之道說(shuō)得很直白：“下以直為美，上以媚為忠。直而無(wú)媚，上疑也；媚而無(wú)直，下棄也……求名者莫仕，位非名也。求官者莫名，德非榮也。 ”〔5〕（P33）

圖8 材料S-N曲線

對(duì)其進(jìn)行疲勞計(jì)算得結(jié)果云圖9—12，可見(jiàn)：半軸在此工況下最低壽命為34萬(wàn)次，疲勞安全因子最低為0.925，疲勞破損最大為2.94×10-6。

夜很靜。盡管街道上有車，有人，但這一切對(duì)我來(lái)說(shuō)，都是無(wú)聲的。夏夜的涼風(fēng)吹在我身上，這是我對(duì)外界的唯一感知。我很緊張。我即將去完成一件大事，生死攸關(guān)的大事。

圖9 疲勞壽命結(jié)果云圖

圖10 疲勞安全因子結(jié)果云圖

圖11 疲勞破損結(jié)果云圖

圖12 疲勞壽命最低前10點(diǎn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置了半軸的邊界與受力條件，研究了一種使用多軟件聯(lián)合仿真求解半軸疲勞壽命的方法，得出其壽命最低為34萬(wàn)次，結(jié)果與實(shí)際符合度較高，具有參考價(jià)值。可見(jiàn)使用Hypermesh、ABAQUS和PATRAN等多軟件聯(lián)合仿真來(lái)計(jì)算半軸的疲勞壽命的方法可行，為半軸的疲勞壽命預(yù)測(cè)及其可靠性的設(shè)計(jì)提供了一種有效和可行的仿真分析方法。

【1】田其鑄.汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春汽車研究所,1998:126.

Research on Fatigue Life Simulation Method for Half Shaft of a Drive Rear Axle

YANG Ronghui, LI Xinzhuang, HU Wenhua, HE Jiping

(Foton FORLAND Division, Changsha Hunan 410129,China)

The half shaft of a drive rear axle was studied as the research object. Combined with Hypermesh and ABAQUS software, its structural stress was calculated，the result files were imported into MSC.PATRAN software to calculate the fatigue life. The results of simulation and calculation are reasonable and reliable. It shows that this method is feasible to simulate the half shaft fatigue life .It provides a feasible and effective way to simulate the fatigue life of half shaft.

Half shaft; Fatigue life;Co-simulation

2016-06-12

陽(yáng)榮慧，男，大學(xué)本科，長(zhǎng)期從事汽車設(shè)計(jì)和研發(fā)方面的工作。E-mail:yangronghui@foton.com.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.006

U467.4+97

A

1674-1986(2016)09-029-03