再制造汽车零件产品的寿命评估方法比较

彭志君 陈丙三 许明三

(1.江西信息应用职业技术学院，江西 南昌330047;2.福建工程学院，福建 福州350108)

汽车零件产品再制造是一项新型的高新技术产业。一方面，它具有良好的环保性和节能性，可以节约资源，减少污染，是可持续发展的选择［1］。据统计资料显示，再制造一台汽车所需能耗只占新汽车的1/6，再制造一台发动机所需能耗只占新制造发动机能耗的1/11，洗车关键件再制造能耗只占新件能耗的1/2，而新制造一台汽车发电机所需能耗是其再制造品的7倍。再制造不仅能最大限度的节约资源与能源，同时也避免了生产新产品带来的污染;汽车零件产品再制造存在巨大的商业利润空间，有着良好的经济效益［2］。因此，研究再制造汽车零件产品的寿命评估方法，在提倡绿色制造的今天具有非常积极的意义。目前，剩余寿命评估实践方法主要有三类［3］：

第一、基于疲劳试验的寿命预测。该方向的研究始于1829年，德国W.A.J.Albert提出的疲劳问题研究报告，直到20世纪，Orowan和Irwin将断裂力学注入疲劳机理研究，为寿命预测提供了新的有力工具。

汽车零部件疲劳寿命预测极为复杂，一般通过输入其结构属性(结构尺寸、连接、材料表面情况等)、基本数据(应力分布情况、应力系数、断裂情况等)和疲劳载荷(工作载荷、应力响应)等参数，借助基本数据，结合环境引述进行辅助实验得出零件的疲劳极限、裂纹萌生寿命、疲劳裂纹扩展情况，从而预测出零件的寿命。该研究方法的缺点是：试验过程繁杂、费用相对较高，且寿命预测精度与实际工况环境下部件的寿命有一定的差距。

第二、利用有限元模拟计算预测寿命。ANSYS开发出汽轮机叶片寿命分析软件BLADE，国外还有一些运用有限元程序进行裂纹扩展和寿命预测的研究，都取得了一定的效果［5］。

基于有限元分析的疲劳寿命分析方法传统有限元疲劳寿命分析模型是通用的，一般来说需要实现了解三个方面的数据，第一是汽车零件材料特性，二是外加被测零件上的载荷，三是该零件的局部应力或应变分布。其主要应用有限元理论，根据零件实际工况下载荷和几何结构计算中的应力应变变化情况，(其应力变化曲线情况)计算动态应力应变响应。根据应力应变响应曲线，结合材料参数和疲劳损伤模型，就可以得出疲劳寿命。该方法的特点是：在一定程度上解决试验时间久、耗费较大的问题，但预测精度依赖于对零件本身情况了解的准确程度;

第三、采用金属磁记忆检测技术预测寿命。金属磁记忆(MetalMagnetic Memory，MMM)检测技术是一种新兴无损检测方法，被认为是21世纪最有前景的诊断技术之一。它是基于记录工作载荷作用下，设备在应力集中区产生的自有漏磁场的无损检测方法。应用磁记忆检测技术进行机械设备故障诊断的整体思路是先由磁记忆检测仪可以直接显示由磁敏传感器测得的磁信号的垂直分量(Hp(y))及磁场强度K的波形图，根据垂直分量过零点及梯度最大值，判断应力集中区的位置。如果要对复杂的工程进行检测，也可将检测数据传输到计算机上，利用数学模型做进一步的数据处理分析，从而预测出其寿命。金属磁记忆现象检测是目前唯一能以高精度(1mm)检测构件应力集中区域的无损检测方法，既能检测宏观缺陷又能检测微观缺陷，并实现早期诊断。无需专门的磁化装置就能对铁磁性构件进行可靠的检测，不需对被检构件表面涂层进行清理或其他预处理，探头提离效应小(提离20mm以内对检测结果影响不大)，设备轻便，自带电源，有记录装置，操作简单，灵敏度高，重复性和可靠性好。

结论

汽车零件产品寿命评估的意义在于：研究材料的性能退化、破坏与失效机理;研究检测材料失效的方法与评定材料失效的判据;估算结构的安全服役寿命;提出对装备进行维修、关键部件材料性能改良及延长寿命的可行方法。当前我国汽车再制造产品寿命预测的研究刚刚起步，需要依据基本理论和方法，再结合具体的再制造产品进行研究和创新。

［1］张国庆;零件剩余疲劳寿命预测方法与产品可再制造性评估研究［D］;上海交通大学;2007;

［2］http：//baike.baidu.com/view/1283614.htm

［3］徐滨士等。面向2l世纪的绿色再制造，中国表面工程，1999，45(4)：l-4

［4］董丽虹，徐滨士，董世运，王丹.［J］.中国表面工程.2010(02)

［5］韩鲁明.基于CAE技术的某半挂车车架疲劳寿命预估研究［D］.南京理工大学硕士学位论文，2007

［6］张慧，高立新;金属磁记忆检测技术在机械设备早期故障诊断中的应用概述［J］，机械设计与制造，2012.10