空氣懸架結構件低載強化規(guī)律研究

摘? 要：低幅載荷存在強化和損傷兩重性，空氣懸架結構件的工作環(huán)境大多數(shù)情況是低副載荷的交變作用。研究空氣懸架結構件相同材料的試樣的低載強化規(guī)律對改善結構件的設計、指導結構件材料的研制具有重要的意義。在指定的較高的強化次數(shù)下進行低幅載荷的最佳載荷幅的試驗研究，再進行指定載荷幅的最佳強化次數(shù)研究。對疲勞試驗數(shù)據(jù)使用數(shù)學工具MATLAB對試樣進行擬合得到載荷幅值和強化次數(shù)與疲勞壽命間的關系，進而通過求導依次得出最佳的強化載荷幅和強化次數(shù)，通過交叉試驗得出平均疲勞壽命與強化載荷幅和強化次數(shù)的多元函數(shù)關系，求偏導以求出最佳的強化載荷幅和強化次數(shù)組合。

關鍵詞：空氣懸架;低載強化;載荷幅值;強化次數(shù)

中圖分類號：U464.13;TH140.1? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）22-0159-03

Abstract：The low amplitude load has the duality of reinforcement and damage. The working environment of the air suspension structure is mostly the alternating action of the low auxiliary load. It is of great significance to study the strengthening law of low load on samples of the same material of air suspension structure to improve the design of structure parts and guide the development of structure parts. The optimum strengthening times of low amplitude loading were studied under the specified higher strengthening times，and then the optimum strengthening times of the specified strengthening times were studied. On the fatigue test data using mathematical tool MATLAB to fit sample of load amplitude and frequency and the relationship between fatigue life，then，the optimal strengthening load amplitude and strengthening times are obtained through derivative calculation，and the multivariate function relationship between average fatigue life and strengthening load amplitude and strengthening times is obtained through cross test，and the optimal combination of strengthening load amplitude and strengthening times is obtained by partial derivative calculation.

Keywords：air suspension;low-load strengthening;load amplitude;strengthening times

0? 引? 言

汽車懸架連接車輪和車身（或車架），既承受汽車的重量又承受地面作用在輪胎并往上傳遞的復雜作用力。當汽車在路面上行駛，結構件就會受到不斷變化的力的作用，從而使結構件發(fā)生疲勞開裂，甚至塑性變形，極大地影響車輛的使用壽命和行車安全。

低載強化是一種零件在較低幅值載荷的多次反復作用下，其強度不減反增的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象最早是由英國科學家GOUGH H J發(fā)現(xiàn)的[1]。國內(nèi)外的科研工作者對低載強化規(guī)律的研究很多，也得到了很多的經(jīng)驗。當零件以低于強度極限載荷，使某個區(qū)間的載荷循環(huán)加載一定次數(shù)以后，其疲勞壽命會有所提高。但是，當循環(huán)載荷低于這個區(qū)間時，效果并不明顯;而循環(huán)載荷高于這個區(qū)間時，疲勞壽命反而下降。循環(huán)次數(shù)也存在相似的關系。這就說明，存在低載強化現(xiàn)象，并且低載強化可以提高這些較小的結構件的強度極限和疲勞壽命。與此同時，存在最佳加載載荷和循環(huán)次數(shù)及其組合[2]。國內(nèi)同行如上海理工大學的鄭松林教授帶領的團隊，對用40Cr等材料制造的較小型汽車零件進行試驗研究，發(fā)現(xiàn)了適當高的低幅小載荷（如0.55～0.95σ-1）的連續(xù)作用，也證明了低載強化能使零件靜強度和疲勞強度得到不同程度的提高。顯然，這部分載荷在進行載荷譜優(yōu)化時是要保留的[3]。

1? 試樣低載強化規(guī)律研究預期

空氣懸架結構件所用材料為Q345B和38SiMnVB，針對其試樣的低載強化規(guī)律的研究，該規(guī)律應該能揭示出疲勞壽命T與載荷幅值F和循環(huán)次數(shù)N的關系，可以描述為：

3? 結? 論

低幅載荷能夠在一定程度上提高材料的強度極限，但同時也可能對材料造成疲勞損傷。本文介紹的方法簡單易行，可以比較方便地得出提高材料強度極限的最佳載荷幅值和循環(huán)次數(shù)的組合，讓材料的性能得以更好地發(fā)揮，同時也為結構的輕量化設計提供了更多的可能。

同時，從圖2和圖3可以看出，強化載荷過大和強化次數(shù)過多反而會引起試樣的平均疲勞壽命下降，這就是低幅載荷的強化和損傷雙重特性的體現(xiàn)。在工程實踐中盡量地找出最佳的強化載荷和強化次數(shù)的組合，以達到最佳的強化效果，這也為零件的輕量化設計提供了更大的空間。

參考文獻：

[1] GOUGH H J. The fatigue of metals [M]. London：Scott，Greenwood and Son，1924.

[2] 鄭松林，袁鋒，馮金芝，等.低幅載荷強化和損傷兩重性試驗研究 [J].機械強度，2009，31（6）：1007-1011.

[3] 儲軍，鄭松林，馮金芝，等.基于低幅鍛煉載荷的累積強化效果模型 [J].機械工程學報，2011，47（16）：30-34

[4] 盧曦，鄭松林，褚超美.基于疲勞強度衰減模型的S-N曲線測定方法 [J].農(nóng)業(yè)機械學報，2007（7）：152-155.

作者簡介：項菲菲（1988-），女，漢族，江西宜春人，講師，碩士，研究方向：計算機仿真、機械零件的輕量化和疲勞耐久性設計。