[发明专利]一种汽车半轴极限承载能力的预报方法有效

专利信息
申请号: 202110799058.7 申请日: 2021-07-15
公开(公告)号: CN113361183B 公开(公告)日: 2023-02-21
发明(设计)人: 李俊楼;康一坡;朱学武;刘艳玲;张尤龙;闫博 申请(专利权)人: 中国第一汽车股份有限公司
主分类号: G06F30/23 分类号: G06F30/23;G06F30/15;G06F119/14
代理公司: 北京远智汇知识产权代理有限公司 11659 代理人: 林波
地址: 130011 吉林省长*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 汽车 极限 承载 能力 预报 方法
【说明书】:

发明涉及汽车研发制造技术领域,具体公开了一种汽车半轴极限承载能力的预报方法。本发明提供的汽车半轴极限承载能力的预报方法,基于汽车半轴真实热处理状态,通过搭建全尺寸结构的材料非线性和接触非线性CAE仿真模型,真实地再现汽车半轴样件静扭试验状态,通过获得高精度的半轴转角与扭矩载荷的关系曲线预测半轴的极限承载扭矩,提供了速度快、精度高的预测汽车半轴极限承载扭矩的方法,替代了汽车半轴静扭试验,降低了产品开发成本;适应性强,应用范围广,提升了仿真效率。

技术领域

本发明涉及汽车研发制造技术领域,尤其涉及一种汽车半轴极限承载能力的预报方法。

背景技术

汽车半轴是将动力由差速器半轴齿轮传递至驱动车轮的关键零件,半轴的断裂失效往往会带来严重伤害。汽车半轴极限承载能力是半轴发生断裂失效时所能承受最大载荷的能力。汽车半轴作为传动系统重要的基础部件和传力部件,除传递正常使用扭矩之外,半轴应对那些非正常使用的过大载荷起到限制作用,若传动系统遇到过大冲击载荷时首先损坏的零件应该是半轴而不是其他传动系统零件,从而对传动系统起到过载保护作用,因此,半轴应该有恰到好处的极限承载能力,以精细化的结构设计满足整车的各项需求。

目前,在半轴产品力学性能设计中,通常采用两种技术手段获得其极限承载能力。一是静扭强度试验,将半轴法兰盘固定在试验台架上,在花键处缓慢加载扭矩至半轴断裂失效,此时对应的扭矩即为极限承载扭矩,当极限承载扭矩与半轴最大额定扭矩之比大于给定的安全系数时,则认定半轴静扭强度满足要求。应用试验技术手段获得的半轴极限承载扭矩直观、真实,但必须有物理样机,试验周期长,相对产品开发比较滞后,不能完全满足产品开发需要。极限承载能力试验属于破坏性试验,试验结束后样件将做报废处理,试验成本高。二是CAE仿真技术手段,其通过搭建半轴装配有限元模型,加载所要求的扭矩进行仿真计算,获得结构应力分布,当应力值低于要求的阈值时,判断结构承载能力满足要求。或进一步地将应力评价转化为安全系数评价,当安全系数高于要求的阈值时,判断结构承载能力满足要求。在此基础上,假设应力或静安全系数与所施加载荷呈线性关系,根据阈值要求,近似地计算出结构断裂时的极限承载载荷,其存在以下问题;①应力有多种形式,如Mises应力、最大主应力等,同时还具有拉弯扭等多种状态;材料强度也有多种类型,如抗拉强度,抗压强度,抗弯强度等,具体采用哪种应力和哪种材料强度进行极限承载扭矩计算,存在较大的主观性,以致极限承载载荷计算千差万别,精度低,不能满足产品开发需求。②静安全系数评价综合考虑结构应力类型、应力状态和不同应力状态对应的材料强度的影响等,一定程度上规避了人的主观性,但实践表明,所计算的极限承载扭矩远低于试验值,较为保守,以致造成半轴强度后备系数过大,质量重,成本高等,严重影响了产品竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车半轴极限承载能力的预报方法,能快速、精准预测汽车半轴极限承载能力,以实现汽车半轴的精细化设计和轻量化设计。

为达此目的,本发明采用以下技术方案:

一种汽车半轴极限承载能力的预报方法,所述预报方法包括:

获取半轴各热处理影响区尺寸及硬度;

建立所述半轴装配的有限元模型,根据所述半轴各热处理影响区尺寸对所述半轴进行网格划分;

根据所述半轴各热处理影响区硬度获取所述半轴各热处理影响区材料强度极限σb

根据材料强度极限σb获取应力-塑性应变(σ-εp)数据,定义有限元模型的材料属性;

施加有限元模型的扭矩载荷M及边界条件;

对半轴有限元模型进行扭转弹塑性有限元分析,控制时间增量,逐级施加所述扭矩载荷M,采用牛顿-拉普森方法获取输出位移和塑性应变数据,获取半轴转角α与扭矩载荷M的关系曲线;

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