汽车结构件疲劳裂纹扩展研究

2016-05-30 06:39孙环
时代汽车 2016年1期
关键词:扩展结构件

摘 要:随着经济的发展,越来越多的人使用汽车出行。而车轮,是汽车行驶必不可少的一个零部件。车轮的状态,也会对汽车的行驶安全产生巨大的影响。因此,本文将对汽车车轮的疲劳寿命进行研究,以希望能对延长

汽车车轮的使用寿命有一定帮助。

关键词:结构件;疲劳裂纹;扩展

汽车的车轮是汽车行驶过程中最重要的一个零部件,没有车轮的工作,汽车也就不能正常行驶。根据调查,我国交通事故的发生有相当一部分的原因来自于汽车车轮的质量或者状态出现问题。因此,车轮对汽车的行驶安全起着相当关键的作用。本文将对汽车车轮的疲劳寿命与裂纹扩展进行研究,以希望能在一定程度上延长汽车车轮的寿命。

1 疲劳裂纹扩展

疲劳裂纹扩展指结构件或者元件由于交变载荷的作用,或者由于受到外在环境对结构件或者元件的侵蚀以及载荷的联合作用,而导致结构件或元件产生细小裂纹的现象。随着环境对结构件或者元件侵蚀时间的延长或者交变载荷周次的增加,已经产生的细小的裂纹会逐步扩展,在裂纹的尺寸变大后,结构件或者元件的剩余强度慢慢变小,逐步导致了结构件或者元件的断裂。从宏观的角度来看,疲劳裂纹的产生一般会起源于强度最弱的基体、结构件的拐角处、应力的集中区域、结构件的高应变区域等部位。而从微观的角度来看,疲劳裂纹的产生可分为以下三种机制,分别是晶界开裂、滑移带开裂、非金属夹杂与基体界面开裂。

2 影响汽车钢圈疲劳裂纹扩展的因素

汽车钢圈是汽车车轮的重要组成部分之一,接下来,我们将对汽车钢圈的疲劳裂纹的影响因素进行进一步的探讨。

2.1 过盈量对钢圈径向疲劳寿命的影响

由于汽车的轮辋之间的装配方式是过盈配合,而装配时过盈量的大小会对钢圈的受力状态产生较大的影响,也因此会影响到汽车钢圈的疲劳寿命。根据研究表明,装配时的过盈量越大,汽车钢圈的疲劳寿命也会跟随着得到相应的提高。一辆行驶过程中的汽车,其车轮因为承受着地面对它的支撑力以及车身的重力而处于一个受压的状态,而在车轮受压超出它可以承受的疲劳极限的时候,车轮很容易产生由于疲劳而带来的失效。轮辋开裂导致汽车的轮胎气压下降是目前汽车钢圈最主要的疲劳失效方式之一,这是因为由于车轮在收到压力的情况下,其轮辐和轮辋所收到的力的作用呈相反方向,有可能使得裂纹沿着轮辋与轮辐的贴合面慢慢地向焊缝处所在的位置延伸,直接导致焊缝根部强度相对而言较弱的轮辋产生了断裂。装配轮辋和轮辐时的过盈量等同于向焊缝处施加了预置压应力,这股力跟汽车车轮在行驶的过程中受到的压力是相反的,随着装配时过盈量的增加,预置压应力也逐渐加大,此时汽车钢圈的变形抗力越大,钢圈的疲劳寿命也就越强。

2.2 轮辐与轮辋接触量长度对钢圈径向疲劳寿命的影响

轮辐与轮辋的接触量长度指汽车钢圈中轮辋和轮辐装配后相互接触的直线段。为了验证轮辐和轮辋间接触量长度对钢圈疲劳寿命的影响,我们选取三种不同的接触量长度来进行实验,我们选取的长度分别为 5mm,8mm和 12mm,实验结果如图 1所示。

根据研究,如果轮辐和轮辋之间的接触量长度越大,则汽车钢圈的疲劳寿命也会跟随接触量长度的变大而变大。如果轮辐和轮辋之间的接触量长度越大,意味着其相对应的预置压应力也会越大,而汽车钢圈的变形抗力也自然而然的跟着增大,汽车钢圈在轮辋开裂之前所能承受的力越大,汽车钢圈的疲劳寿命也因此而变强。

3 结束语

本文仅对汽车钢圈的疲劳寿命进行了简单的研究,汽车的车轮是是汽车行驶中必不可少的零件,没有车轮,汽车也就不能行驶。因此,对汽车车轮的疲劳寿命进行研究,对车轮的疲劳磨损进行预防,是未来汽车技术发展中不可或缺的一个方面。希望随着科技的发展,汽车的车轮可以有更长的寿命,为人们使用汽车出行带来更大的方便性与安全性。

参考文献:

[1]孙环,贺利乐 .焊接结构件疲劳裂纹扩展的数值研究[J]. 机械科学与技术 . 2015.

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