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题 目： 采用有限元法对驱动桥壳疲劳失效形式的预测分析
采用有限元法对驱动桥壳疲劳失效形势的预测分析
摘要
本文主要在垂直疲劳试验中研究驱动桥壳在预期负载周期之前的过早疲劳失效。在这些实验中，裂纹重复出现在实验品的相同区域。为了确定失效的原因,，实验者们建立了一个CAD模型，模型材料的特性可以通过拉伸试验得出。通过用有限元分析的方法可以得出一些与应力和疲劳相关的数据。 疲劳裂纹萌生的位置和失效负载前的最小周期可以确定，实验结果是与一些实验的数据相比较得出的，通过本实验可以衍生出提高驱动桥壳寿命的方法。
1.介绍
实心轴由于其较高的承载力，通常被用于中重型商用车。在图1中，可以看到实心轴的结构。在车辆使用的寿命期间，路面崎岖不平产生的变应力是可以导致驱动桥壳疲劳失效的，这些是总成所承载变应力主要的一部分。因此，驱动桥壳的疲劳失效对其预期的寿命是至关重要的。在批量生产前，要对驱动桥壳原型进行动态垂直应力疲劳试验，如图2。在这些测试中，由液压执行机构对标本应用预测循环垂直荷载，直到产生疲劳裂纹的萌生。根据验收标准中，桥壳原型在没有疲劳失效的情况下应承受N=5的负载。在对非对称式桥壳进行垂直疲劳的试验中，如图3所示，疲劳裂纹萌生是在一些原型的负荷周期的限制之前。观察发现，疲劳断裂之前最小载荷循环是3.7*10＾5。在这些测试中，裂纹起源于过渡区域的E1和E2的班卓琴过渡区。在图4中，可以看到早衰的一个示例。
通过预测后失效的原因，用CATIA V5R15三维软件对桥壳进行实体建模。通过使用此模型，建立了有限元模型，并运用 ANSYS 工作台 V11.0 （商业有限元软件）进行应力和疲劳的分析。利用有限元分析中的拉伸试验，获得驱动桥壳材料的属性。从车辆动力学仿真、切除术RecurDyn（商业CAE软件）分析中获得驱动轴的最大动态载荷，取得了应力集中区。通过进行疲劳分析，修改疲劳强度的因素为驱动桥壳建立了S–N 曲线。从对垂直疲劳试验结果比较得出结论。为了防止驱动桥壳过早老化并且获得了一种较高的疲劳寿命，提出了一些解决方案。
图1商业车辆的一个后桥总成
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