[发明专利]一种转向节疲劳寿命分析方法

说明书

本发明公开了一种转向节疲劳寿命分析方法，包括以下步骤：1）获取转向节的疲劳载荷；2）对所用材料进行单轴拉伸材料试验；3）若疲劳载荷为静载工况，采用弹塑性有限元分析方法求解；或者，若为实际路面载荷谱，通过弹性有限元法与线性叠加法求解，对超过屈服强度的点进行弹塑性有限元分析，获得修正后的应力应变结果；4）对获得的应力时域响应进行二轴性分析，确定转向节的载荷状态；5）对转向节进行损伤累积和寿命计算。本发明解决了在实际路面载荷谱输入下有限元求解耗时长的问题，同时又考虑了材料进入塑性阶段的应力应变，使得结果更为精确，通过组合静载工况或单通道静载工况来进行疲劳分析，在设计阶段提供了更多的参考。

技术领域

本发明涉及一种汽车零件的疲劳寿命分析方法，具体是一种汽车转向节疲劳寿命分析方法。

背景技术

汽车转向节作为汽车悬架中的重要安全部件，其作用主要连接车轮和车身，承载簧上质量，同时转向桥的转向节还负责带动车轮转向，其承受工况强度大且复杂，路面传递给车轮的垂向力，侧向力，纵向力、制动力矩等均直接传递到转向节。转向节若在使用过程发生断裂破坏，很可能发生严重的事故，故对转向节的结构性能有较大的要求。汽车在实际使用过程中，其零件所受到的载荷均为交变载荷，其幅值大小随机变化，在这种交变载荷作用下，会导致裂纹的萌生，进而扩展和发生破裂失效，该现象称为疲劳破坏，也即当转向节具有一定的静强度性能时，也不一定能具有足够的抗疲劳破坏性能。汽车的设计寿命较长，例如需要保证能够行驶24万公里而零件不发生疲劳破坏。转向节作为悬架中重要的承载部件，一旦出现破坏很可能出现较为严重的安全事故，所以对其疲劳强度性能要求较高。

对零件的疲劳性能验证，通常有试验室台架试验、试验场道路试验和实际道路疲劳耐久性试验，然而如果当零件出现强度不足情况，需要对零件重新进行结构改进和设计，增加了产品的开发周期和成本，如果能够在设计阶段进行疲劳仿真分析，及时改进结构，可以在一定程度上减少试验成本和缩短产品开发周期。

然而目前在对转向节进行试验零件级别的试验时，较少有在设计阶段进行仿真验证，在进行模拟实际道路载荷谱的疲劳仿真时，目前较多的方法为仅考虑材料的弹性阶段，忽略了在某些较为极限的工况下产生的塑性应变，现有技术在没有转向节的实际道路载荷谱时，也缺乏较为有效的疲劳寿命分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转向节疲劳寿命分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下方案实现：

一种转向节疲劳寿命分析方法，包括以下步骤：

1)获取转向节的疲劳载荷；

2)在进行疲劳分析前，对转向节所对应的材料进行单轴拉伸材料试验，获取其静态拉伸力学性能；

3)若疲劳载荷为单通道静载荷或组合静载工况时，采用弹塑性有限元分析方法对其进行仿真分析，获取其应力应变响应；

或者，

若疲劳载荷为实际路面载荷谱时，通过弹性有限元法，分别分析转向节各个受力通道在单位载荷下的应力或应变响应，再根据各个受力通道对应的实际路面载荷谱进行线性叠加求解，获取其应力应变响应；

4)对获得的应力应变时域响应进行二轴性分析，确定转向节处于多轴载荷或单轴载荷状；

5)若转向节承受单轴载荷时，根据有限元分析结果，将其最大应力点作为疲劳热点，获取疲劳热点的应力和应变结果，通过材料的应变寿命曲线计算得到疲劳寿命结果；

或者，

若转向节承受的单通道静载荷为多轴载荷时，根据有限元分析结果，将其最大应力点作为疲劳热点，获取疲劳热点的临界面上的最大正应变幅Δε_n,max和最大正应力σ_n,max，利用修正的SWT模型计算得到疲劳寿命结果；