空气悬架结构件低载强化规律研究

摘  要：低幅载荷存在强化和损伤两重性，空气悬架结构件的工作环境大多数情况是低副载荷的交变作用。研究空气悬架结构件相同材料的试样的低载强化规律对改善结构件的设计、指导结构件材料的研制具有重要的意义。在指定的较高的强化次数下进行低幅载荷的最佳载荷幅的试验研究，再进行指定载荷幅的最佳强化次数研究。对疲劳试验数据使用数学工具MATLAB对试样进行拟合得到载荷幅值和强化次数与疲劳寿命间的关系，进而通过求导依次得出最佳的强化载荷幅和强化次数，通过交叉试验得出平均疲劳寿命与强化载荷幅和强化次数的多元函数关系，求偏导以求出最佳的强化载荷幅和强化次数组合。

关键词：空气悬架;低载强化;载荷幅值;强化次数

中图分类号：U464.13;TH140.1      文献标识码：A 文章编号：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

汽車悬架连接车轮和车身（或车架），既承受汽车的重量又承受地面作用在轮胎并往上传递的复杂作用力。当汽车在路面上行驶，结构件就会受到不断变化的力的作用，从而使结构件发生疲劳开裂，甚至塑性变形，极大地影响车辆的使用寿命和行车安全。

低载强化是一种零件在较低幅值载荷的多次反复作用下，其强度不减反增的现象。这种现象最早是由英国科学家GOUGH H J发现的[1]。国内外的科研工作者对低载强化规律的研究很多，也得到了很多的经验。当零件以低于强度极限载荷，使某个区间的载荷循环加载一定次数以后，其疲劳寿命会有所提高。但是，当循环载荷低于这个区间时，效果并不明显;而循环载荷高于这个区间时，疲劳寿命反而下降。循环次数也存在相似的关系。这就说明，存在低载强化现象，并且低载强化可以提高这些较小的结构件的强度极限和疲劳寿命。与此同时，存在最佳加载载荷和循环次数及其组合[2]。国内同行如上海理工大学的郑松林教授带领的团队，对用40Cr等材料制造的较小型汽车零件进行试验研究，发现了适当高的低幅小载荷（如0.55～0.95σ-1）的连续作用，也证明了低载强化能使零件静强度和疲劳强度得到不同程度的提高。显然，这部分载荷在进行载荷谱优化时是要保留的[3]。

1  试样低载强化规律研究预期

空气悬架结构件所用材料为Q345B和38SiMnVB，针对其试样的低载强化规律的研究，该规律应该能揭示出疲劳寿命T与载荷幅值F和循环次数N的关系，可以描述为：

3  结  论

低幅载荷能够在一定程度上提高材料的强度极限，但同时也可能对材料造成疲劳损伤。本文介绍的方法简单易行，可以比较方便地得出提高材料强度极限的最佳载荷幅值和循环次数的组合，让材料的性能得以更好地发挥，同时也为结构的轻量化设计提供了更多的可能。

同时，从图2和图3可以看出，强化载荷过大和强化次数过多反而会引起试样的平均疲劳寿命下降，这就是低幅载荷的强化和损伤双重特性的体现。在工程实践中尽量地找出最佳的强化载荷和强化次数的组合，以达到最佳的强化效果，这也为零件的轻量化设计提供了更大的空间。

参考文献：

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

[2] 郑松林，袁锋，冯金芝，等.低幅载荷强化和损伤两重性试验研究 [J].机械强度，2009，31（6）：1007-1011.

[3] 储军，郑松林，冯金芝，等.基于低幅锻炼载荷的累积强化效果模型 [J].机械工程学报，2011，47（16）：30-34

[4] 卢曦，郑松林，褚超美.基于疲劳强度衰减模型的S-N曲线测定方法 [J].农业机械学报，2007（7）：152-155.

作者简介：项菲菲（1988-），女，汉族，江西宜春人，讲师，硕士，研究方向：计算机仿真、机械零件的轻量化和疲劳耐久性设计。