弯曲工况下车轮强度、疲劳分析方法对比

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高速列车轮对不同工况下应力及疲劳强度分析

高速列车轮对不同工况下应力及疲劳强度分析高速列车轮对不同工况下应力及疲劳强度分析一、引言随着高速铁路的发展，高速列车成为人们出行的重要方式之一。

高速列车的安全和可靠性是保障乘客出行的重要因素。

在运行过程中，轮对是高速列车中非常重要的部件之一，它承受着列车的重量和运行时产生的应力。

轮对在运行过程中面临着各种工况，包括加速、减速、制动、过弯等。

不同的工况会对轮对产生不同的应力，从而可能导致疲劳破坏。

因此，对高速列车轮对在不同工况下应力及疲劳强度进行分析，对于确保列车的安全和可靠运行具有重要意义。

二、高速列车轮对应力分析在高速列车运行过程中，轮对承受着来自列车本身重量以及运行时产生的动力学载荷。

这些载荷会导致轮对表面上的应力分布产生变化。

2.1 轮对静载荷分析：轮对承受的静载荷主要来自于列车本身的重量。

通过分析轮对在静态状态下的承载力和应力分布，可以得到轮对的最大接触应力和应力分布情况。

2.2 轮对动力学载荷分析：轮对在运行过程中，除了静载荷外，还要承受来自于列车运行时产生的动力学载荷，包括加速度、减速度、制动力等。

这些载荷会导致轮对表面应力分布产生动态变化。

三、高速列车轮对疲劳强度分析轮对在运行过程中所承受的应力会导致疲劳损伤，进而可能导致疲劳破坏。

因此，对轮对的疲劳强度进行分析，可以提前预测轮对的寿命，并采取相应的措施来延长轮对的使用寿命。

3.1 疲劳损伤计算：利用疲劳损伤累积理论，可以计算轮对在不同工况下的疲劳损伤量。

通过考虑应力幅值、循环次数以及材料的疲劳性能指标等参数，可以得到轮对在不同工况下的疲劳寿命。

3.2 疲劳强度分析：在获得轮对的疲劳寿命后，可以进一步分析轮对的疲劳强度。

通过比较轮对的疲劳寿命和实际使用寿命，可以评估轮对的疲劳强度，并采取相应的维修措施，以确保列车的安全和可靠运行。

四、应力及疲劳强度分析案例分析为了验证上述分析方法的准确性和有效性，可以选取一个具体的应力及疲劳强度分析案例进行分析。

混凝土路面弯曲疲劳试验及寿命评估

混凝土路面弯曲疲劳试验及寿命评估一、引言混凝土路面作为道路交通建设中常见的路面形式，其弯曲疲劳试验及寿命评估显得尤为重要。

混凝土路面在使用过程中，由于外界因素的影响，如温度变化、交通荷载等，会引起路面的弯曲变形，从而影响道路的使用寿命和安全性能。

因此，对混凝土路面的弯曲疲劳特性和寿命评估进行研究，对于保障道路交通的安全和长期可持续发展具有重要意义。

二、混凝土路面弯曲疲劳试验2.1 试验原理混凝土路面弯曲疲劳试验是利用试验机进行的一种模拟路面受到交通荷载后的弯曲变形情况的试验。

试验原理基于混凝土材料的弹性和塑性变形特性，通过施加不同幅值、不同频率的交通荷载，对混凝土路面进行弯曲变形试验，得出路面在不同荷载作用下的弯曲变形曲线及其变形特性参数。

2.2 试验方法混凝土路面弯曲疲劳试验通常采用四点弯曲试验方法，试验设备主要包括试验机、加载头、传感器、数据采集系统等。

试验流程如下：（1）制备试件：根据设计要求制备混凝土路面试件，尺寸和厚度应符合规范要求。

（2）试件安装：将试件放置在试验机上，根据试验要求设置试件边界约束条件，如固定端、自由端等。

（3）施加荷载：按照试验方案要求，通过加载头对试件进行施荷，记录下荷载大小、频率等参数。

（4）数据采集：利用传感器和数据采集系统记录试件变形情况，计算出试件的弯曲变形曲线及其特性参数。

2.3 试验结果分析混凝土路面弯曲疲劳试验得出的试验结果主要包括弯曲变形曲线、极限荷载、疲劳寿命等参数。

通过对试验结果的分析，可以得出以下结论：（1）随着荷载幅值的增加，路面的弯曲变形呈现出明显的非线性变化。

（2）随着荷载频率的增加，路面的弯曲变形呈现出明显的加速变化。

（3）路面的极限荷载随着试验次数的增加逐渐降低，疲劳寿命随着试验次数的增加逐渐缩短。

三、混凝土路面寿命评估3.1 寿命评估方法混凝土路面寿命评估主要采用疲劳寿命预测方法和寿命试验评估方法两种方法。

其中，疲劳寿命预测方法主要采用材料力学模型，通过对混凝土路面弯曲疲劳试验数据的分析和处理，预测路面的疲劳寿命。

轮齿弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度-(机械设计齿轮传动章节课件2)-2020329

将公式（ 10-3 ）带入公式
（10-8），同时引入载荷系数
KH（见下一页），可得：
=
4 −
3
（公式10-9）
1 ± 1
2
=
1

1 ± 1

1

齿轮传动的计算
上式中：
-接触疲劳强度计算的载荷系数， = ，即PPT一开始提到的4个载荷系数；
载荷分布系数Kβ。
= α
（公式10-2）
齿轮传动的计算

1，使用载荷系数KA
是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。这种附加载荷取决
于原动机和从动机械的特性、联轴器类型以及运动状态等。KA的实用值应针
对设计对象，通过实践确定。
1），原动机包括：电动机、均匀运转的蒸汽机、燃气轮机；蒸汽机、燃气轮机液压装置；
当接触位置连续改变时，显然对于零件上任一点处的接触应力只能在材料许用接触应力的范围内改变，因此接触变应
力是一个脉动循环变应力。在做接触疲劳计算时，极限应力也应是一个脉动循环的极限接触应力。
接触应力也称为赫兹应力，是为了纪念首先解决接触应力计算问题的科学家赫兹（H.Hertz）。
齿轮传动的计算

+用于外啮合
多缸内燃机；单缸内燃机。
2），载荷状态分为：均匀平稳、轻微冲击、中等冲击、严重冲击。
工作状态外在因素越恶劣， KA的取值越大。
齿轮传动的计算
使用载荷系数KA
原动机
载荷状态
工作机器
电动机、均匀运转的
蒸汽机、燃气轮机
蒸汽机、燃气
轮机液压装置
多缸内燃机
单缸内燃机
均匀平稳
发动机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、

I-DEAS车轮弯曲疲劳分析教程

汽轮弯曲疲劳分析教程疲劳分析是静力分析的后处理，因此，在做疲劳分析前，应先对摩轮（汽轮）做静力分析。

对于弯曲疲劳分析，可在静力分析是加两组互相垂直的载荷，分别命名为load set 1和load set 2，并加入同一结算集。

疲劳分析的关键是要模拟出真实试验过程的运动情况，对于汽轮弯曲试验，其过程不同于摩轮，可将其看成力载荷延螺孔周边做周期运动，因此，其载荷的比例函数也与摩轮的正弦函数不同。

我们可以在做静力分析时添加4组（正交的四个方向）独立的载荷，每个载荷在一个周期内各作用四分之一周期，从而模拟该试验的过程。

当然，载荷加得越多，结果也越精确。

进行疲劳分析的过程大致如下：（1）建立每个载荷集的比例函数，其定义如下，即其中的F(t)。

载荷为静力分析中载荷集的缩放：L(t)=l*F(t)F(t)为比例函数，l为边界条件中的载荷集，L(t)为加载历程，对于弯曲试验，可令F(t)为正弦函数。

函数的设置选择creat static function命令，如下图：点击该命令后，会出现菜单，点击菜单中的keyboard选项，然后点击even，在提示栏里输入0，代表函数从0开始起作用（如图）：然后输入步长1：最后，输入函数的总数据点数，默认1024，数据点越多，你所描述的函数越精确：接着，系统要求你输入函数的值了，比如，x=0时，函数值为1，那就输入1，直到输完21个点的值，然后保存该函数到任意的文件中：可以用下面的命令察看函数的图：对于汽轮的其他三组载荷可分别设置如下：（2）建立疲劳事件，和动态响应一个命令点击第一个问号，将每个载荷集依次选中加入事件中；然后对每一个载荷集，点击第二个问号，选择其对应的加载函数。

（3）Fatigue tools里面将I-DEAS的材料库调入，如下：（4）评估疲劳损伤/寿命各点疲劳寿命与额定寿命比值输入额定循环次数可显示各点的疲劳寿命以上所有设置好之后点击进行评估就可以得出结果了，关于结果的含义可以参考Tutorial里面对应的帮助练习来看。

曲轴滚压力与疲劳强度分析

曲轴滚压力与疲劳强度分析作者：文/ 黄中顺蒲鹰邓玉婷来源：《时代汽车》 2020年第13期黄中顺蒲鹰邓玉婷桂林福达曲轴有限公司广西桂林市 541199摘要：曲轴是发动机的核心零部件，在发动机工作过程中它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。

曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。

因此要求曲轴有足够的强度和刚度，随着国内市场对小排量、增压发动机性能的要求不断提高，曲轴结构在轻量化的同时也要求具有较高的疲劳强度，而对强度影响最大的就是曲轴的强化方式及参数，因此，研究曲轴的滚压力与疲劳强度的关系是每个新型号曲轴开发过程中必不可少的一项工作。

关键词：曲轴滚压力疲劳强度Analysis of the Crankshaft Rolling Pressure and Fatigue StrengthHuang Zhongshun，Pu Ying，Deng YutingAbstract：The crankshaft is the core component of the engine. During the operation of the engine, it bears the force transmitted by the connecting rod and converts it into torque to output through the crankshaft and drive otheraccessories on the engine to work. The crankshaft is subjected to the centrifugal force of the rotating mass, the periodically changing gas inertia force and the reciprocating inertia force, so that the crank bearing is subjected to the bending and torsional load. Therefore, the crankshaft is required to have sufficient strength and rigidity. With the continuous improvement of the domestic market's requirements for small displacement and supercharged engine performance, the crankshaft structure is required to have high fatigue strength while being lightweight, which has the greatest impact on strength. It is the strengthening method and parameters of the crankshaft. Therefore, studying the relationship between the rolling pressure and fatigue strength of the crankshaft is an indispensable task in the development of each new type of crankshaft.Key words：crankshaft, rolling pressure, fatigue strength本文通过对我公司目前加工的一款小排量发动机曲轴采用不同滚压力进行试验，以验证滚压力对曲轴疲劳强度的影响，该款曲轴排量为1.0T，材料为球墨铸铁QT700-2。

基于改进的Goodman曲线的车轮疲劳强度评估方法研究

第14卷第4期铁道科学与工程学报 Volume 14 Num b e r4 2017 年 4 月Journal of Railway Science and Engineering April 2017基于改进的Goodman曲线的车轮疲劳强度评估方法研究王悦东，张佳宇(大连交通大学交通运输工程学院，辽宁大连116028)摘要：传统的Haigh型式的G o o d m a n曲线计算方法比较简单，疫劳评估结果往往不能完整反应车轮的疫劳状况。

为了弥补Haigh型式的G o o d m a n曲线法在计算车轮疲劳强度过程中的不足和提高车轮疲劳强度安全系数计算的准确性，在Haigh 型式的G o o d m a n曲线法的基础上进行改进，完善车轮疫劳的计算工况及计算方法，将安全系数作为疫劳评估的关键参数。

以多个不同类型的车轮为对象，进行有限元仿真分析，并分别运用Haigh形式的G o o d m a n曲线法、Crossland准则和改进的 G o o d m a n曲线法对车轮的幅板和福板孔等关键位置进行疲劳强度计算与评估。

对比计算结果表明：3种方法的计算结果趋势基本一致，在车轮的一些评估位置改进的G o o d m a n曲线法计算的安全系数欠要小于Haigh型式的G o o d m a n曲线方法的计算结果，说明改进的G o o d m a n曲线计算方法更加安全有效。

但是，对于非轴对称车轮的福板孔等位置，仍必须使用Crossland 准则评估疲劳强度，以保证车轮的运行安全。

关键词：车轮；疲劳强度；G o o d m a n曲线法；疲劳强度评估准则中图分类号：U270.33 文献标志码：A文章编号：1672-7029(2017)04-0827-06Assessment method for fatigue strength of wheel based on improved Goodman curveW A N G Y uedong,Z H A N G Jiayu(Department of Traffic and Transportation Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)A b s tr a c t:D u e to the simplicity of traditional Haigh-Goodman method,the fatigue assessment usually cannot reflect the fatigue condition of wheels.To m a k e up the shortage of Haigh-Goodman method in calculating process of the wheel fatigue strength and improve the accuracy of the calculation of the wheel fatigue strength safety factor,the Haigh-Goodman method was improved,which included putting the safety factor as the key of fatigue assessment and improving the main method of calculation.Taking different types of wheels as objects,the finite element models were carried out.The fatigue strength of the key positions of the wheel was evaluated by the ways of the Haigh-Goodman method,improved G o o d m a n method and Crossland pared with the results, the three methods are basically identical.In m a n y positions of the wheel,the safety factor of the improved G o o d m a n method compared with Haigh-Goodman method are smaller,but for the plate holes of the non-axisymmetrical wheels,Crossland criterion s t i l l be used to evaluate the fatigue strength of wheels,to ensure the safe operation of wheels.K e y w o r d s:wheel;fatigue strength;G o o d m a n curve method;the evaluate criterion of fatigue strength收稿日期：2016-05-14基金项目：国家自然科学基金资助项目(51208072);铁路总公司科学计划项目(2012G002-11);辽宁省教育厅优秀人才资助项目(LGQ2013052) 通信作者：王悦东(1977-)，男，黑龙江桦南人，副教授，博士，从事车辆工程结构疲劳可靠性研宄；E-mail: wydstar@828铁道科学与工程学报2017年4月车轮作为转向架关键部件之一，保证了列车运行的安全性。

机械零件疲劳对比试验方法和结果判定

［１４］杨旭士．基于ＪＱｕｅｒｙ框架的Ｗｅｂ查询视图设计与实现［Ｊ］．计算机与现代化，２０１０，１（８）：１２８ — １２９．
［１５］张林，肖毅，聂笑一．基于ｉＱｕｅｒｙ的在线电子名片制作系
的大小。下面结合某型发射装置“ 前盖板 ” 两种结构的疲劳对比试验，对疲劳对比试验的过程及其结果的判定进行详细介绍。
１试验方案的设计
金属材料按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类：高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳作用于零件、构件的应力水平较低，破坏循环次数一般高于５ｘｌＯ５次。低周疲劳作用于零件、构件的应
ｉｎＮｉｎｇｘｉａＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＳｙｓｔｅｍ
ＬＩＸｉｎｑｉｎｇ，ＣＨＥＮＨａｉｂｏ，ＣＨＥＮＹｕｈｕａ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＩｎｔｈｅｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆＷｅｂｆｒａｍｅｗｏｒｋｄｅｓｉｇｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｌａｓｙｓｔｅｍｓｕｃｈａｓｇｒｅａｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｉｃｆｕｌｔｉｅｓ，ｎｏｕｎｉｉｆｅｄｄｅｓｉｇｎｓｔｙｌｅ，ａｎｄｐｏｏｒｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，ｅｔｃ．，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅ

基于数值仿真的全表面轮毂弯曲疲劳试验及疲劳寿命分析

装备环境工程第20卷第5期·70·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年5月基于数值仿真的全表面轮毂弯曲疲劳试验及疲劳寿命分析朱志鹏1，汤永1，李火平2，孙云伟1，邓文1，宋桂秋3（1.中国直升机设计研究所，江西景德镇 333001；2.中国人民解放军92281部队，山东诸城 262200；3. 东北大学机械工程与自动化学院，沈阳 110001）摘要：目的预测钢制全表面轮毂易产生疲劳破坏的危险区域，并分析其弯曲疲劳寿命。

方法针对全表面轮毂的弯曲疲劳试验工况，建立有限元分析模型，综合考虑螺栓拧紧方式、螺栓预紧力以及材料非线性特征的影响，通过在加载轴末端建立局部坐标系，实现载荷的分解，并最终实现弯矩的动态加载。

在此基础上，进行轮毂的受力分析，然后构造适用于轮毂的应力寿命曲线，并使用名义应力法进行疲劳寿命预测。

结果动态弯矩的加载方向变化会显著影响轮辐表面的应力分布特点，螺栓预紧力施加后，螺栓孔附近区域的应力显著增大，在计算中应考虑其影响。

在获得各节点载荷历程后，以高应力幅和平均应力为标准，筛选出了轮毂的危险节点。

结论基于数值仿真的本型全表面轮毂弯曲疲劳试验，危险节点位置均位于轮辐通风孔的内圆角附近区域，可有针对性地对该区域进行相应的优化设计，以进一步提高轮毂的弯曲疲劳寿命。

分析得到当前轮辋弯曲疲劳寿命约7.6万次，符合国家标准的要求。

关键词：全表面轮毂；弯曲疲劳；数值分析；材料非线性；预紧力影响；寿命预测中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)05-0070-10DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.05.011Bending Fatigue Test and Fatigue Life Analysis of Full-surface Hub Basedon Numerical SimulationZHU Zhi-peng1, TANG Yong1, LI Huo-ping2, SUN Yun-wei1, DENG Wen1, SONG Gui-qiu3(1. China Helicopter Research and Development Institute, Jiangxi Jingdezhen 333001, China; 2.Unit 92281 of Chinese People’sLiberation Army, Shandong Zhucheng 262200, China; 3. School of Mechanical Engineering & Automation,Northeastern University, Shenyang Liaoning 110001, China)ABSTRACT: The work aims to predict the dangerous areas prone to fatigue damage and analyze the bending fatigue life of steel full-surface hubs.A finite element analysis model was established for the bending fatigue test condition of the full-surface hub. The method of bolt tightening, the impact of bolt preload on the hub, and the nonlinear characteristics of the material were收稿日期：2023–03–20；修订日期：2023–04–20Received：2023-03-20；Revised：2023-04-20基金项目：航空科学基金（2018ZF02005）Fund：Aviation Science Foundation (2018ZF02005)作者简介：朱志鹏（1989—），男，博士。

《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》范文

《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀等优点得到了广泛应用。

然而，在汽车使用过程中，车轮常常需要承受复杂的应力，如弯曲、扭曲和压缩等，导致车轮的疲劳问题成为了关注的重点。

因此，铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺研究显得尤为重要。

本文将针对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析进行详细阐述，并探讨其相关工艺的研究。

二、铝合金车轮弯曲疲劳实验方法铝合金车轮的弯曲疲劳实验主要通过模拟车轮在实际使用过程中所承受的弯曲应力，通过多次循环加载来测试车轮的耐久性。

实验中，需要对车轮施加一定的弯矩，并记录其在循环加载下的性能变化。

三、实验失效分析1. 失效形式：铝合金车轮的弯曲疲劳失效主要表现在轮辐、轮毂等部位的裂纹和变形。

裂纹的产生和扩展会导致车轮的结构强度降低，进而影响其使用安全。

2. 影响因素：铝合金车轮的弯曲疲劳失效受多种因素影响，包括材料性能、制造工艺、载荷条件等。

材料性能方面，铝合金的强度、硬度、韧性等都会影响车轮的耐久性。

制造工艺方面，如铸造、锻造、热处理等过程都会对车轮的性能产生影响。

此外，载荷条件也是影响车轮耐久性的重要因素，如负载、速度、路面状况等。

四、失效原因分析1. 材料内部缺陷：铝合金材料中可能存在的气孔、夹杂物等缺陷，会导致材料性能不均匀，降低车轮的耐久性。

2. 制造工艺问题：制造过程中可能存在的铸造、锻造等问题，如组织不均匀、晶粒过大等，都会影响车轮的性能。

3. 应力集中：在车轮的某些部位，如轮辐、轮毂等处，由于结构的不连续性，容易产生应力集中现象，导致裂纹的产生和扩展。

五、工艺研究1. 材料选择与优化：选择具有优良性能的铝合金材料，并通过合金化、热处理等方式优化材料的性能，提高车轮的耐久性。

2. 制造工艺改进：优化铸造、锻造等制造过程，减少组织不均匀、晶粒过大等问题，提高车轮的质量。

3. 结构设计优化：通过优化车轮的结构设计，减少应力集中现象，提高车轮的抗疲劳性能。

《2024年铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》范文

《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金车轮因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，在汽车制造领域得到了广泛应用。

然而，铝合金车轮在使用过程中需要承受各种复杂的应力，尤其是弯曲疲劳应力，这对其性能和寿命提出了严峻的挑战。

因此，对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究显得尤为重要。

本文将就铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析进行深入探讨，并对其相关工艺进行研究。

二、铝合金车轮弯曲疲劳实验在进行弯曲疲劳实验前，需要对铝合金车轮进行严格的材料性能检测，以确保其质量符合要求。

在实验过程中，通过模拟车轮在实际使用中承受的弯曲应力，观察其疲劳性能和寿命。

此外，还需对实验条件进行严格控制，如温度、湿度、加载速度等，以确保实验结果的准确性。

三、铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析铝合金车轮的弯曲疲劳失效主要表现为轮辋的弯曲变形、裂纹扩展以及断裂等现象。

这些失效现象的发生与多种因素有关，如材料性能、制造工艺、实验条件等。

通过对实验过程中收集的数据进行分析，可以找出导致铝合金车轮弯曲疲劳失效的主要因素。

首先，材料性能是影响铝合金车轮弯曲疲劳性能的重要因素。

材料的强度、硬度、韧性等性能指标直接决定了车轮在承受弯曲应力时的抗疲劳能力。

其次，制造工艺也会对车轮的弯曲疲劳性能产生影响。

例如，铸造过程中的冷却速度、热处理工艺等都会影响材料的组织和性能。

此外，实验条件如温度、湿度、加载速度等也会对实验结果产生影响。

四、铝合金车轮制造工艺研究为了提高铝合金车轮的弯曲疲劳性能，需要对其制造工艺进行优化。

首先，在材料选择上，应选用具有优异性能的铝合金材料，以确保车轮的强度和韧性。

其次，在制造过程中，应严格控制铸造工艺参数，如温度、压力、冷却速度等，以获得组织均匀、性能稳定的材料。

此外，热处理工艺也是提高材料性能的重要手段。

通过合理的热处理工艺，可以改善材料的组织结构，提高其抗疲劳性能。

五、结论通过对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究，我们可以得出以下结论：1. 铝合金车轮的弯曲疲劳失效主要与材料性能、制造工艺和实验条件等因素有关。

曲轴疲劳试验典型方法的比较分析

论坛
曲轴疲劳试验典型方法的比较分析
荆素坡 ’ 段春霞张怡军 ’ 段鹏飞 ’ 陈朋 ’ 张仲泉，马建业 ’
（１、第一拖拉机股份有限公司锻造厂，河南洛阳４７１００３２、洛阳理工学院电气工程与自动化系，河南洛阳４７１０２３）
摘要：介绍几种典型的曲轴疲劳极限测定方法，简要讨论了不同方法的优缺点，为今后进行曲轴疲劳极限测定时选用相关试验方
法提供了理论依据。
关键词：曲轴；疲劳极限；测定方法；比较分析
。根据经验假设一个疲劳极限，并以它的曲轴是一种典型的非等强度轴类零件，结构上的特殊性不仅使我们要测定的疲劳极限目曲轴存在着各种形式的应力集中，而且也决定了它在不同的载荷条５％左右作为步幅，划分出若干个载荷水平。在这假设的疲劳极限载件下表现出不同的承载能力。由于曲轴承受扭转载荷的能力较强，荷下运行第一个试样，如果它在规定的循环基数下不断裂，则将下因此，即使对于扭转载荷高于弯曲载荷的多缸机曲轴，平面弯曲强个试样的试验载荷升高一级；反之则降低一级载荷。这样反复进度仍然是曲轴强度的薄弱环节。试验和实际应用表明，平面弯曲载行，总可以计算出它的承载弯矩疲劳极限Ｍ。和子样标准差ｓ。。荷下曲轴的薄弱部位通常是连杆轴颈圆角，扭转载荷下侧为连杆轴２．３ＳＡＦＬ法颈油孑Ｌ或连杆轴颈圆角。ＳＡＦＬ是 “ 疲劳极限统计分析 ” 的英文缩写，它是根据以下假设１提高曲轴疲劳强度的途径后进行统计推算的。零件的疲劳强度与其结构、材料、加工工艺、强化工艺、表面状（１）与寿命关系可以表示为有一定斜率的的两直线段组合，且态、制造过程中的零件表面引人的缺陷及残余应力等有密切的关其中的条件疲劳极限是一条近似的水平线。系。零件在工作中，疲劳失效往往在工作应力／材料疲劳强度比值（２）理论上材料或试样存在一个载荷值ＱＣＩ，在这个ＱＣＩ载荷材料或试样经过１／４周期的循环就会发生疲劳破坏。最高的部位发生。就曲轴而言，降低连杆轴颈圆角应力，或提高该部下，位材料的疲劳强度，即可提高整个曲轴的承载能力。当曲轴的结构（３）由试验决定的断裂点可以练成一直线，将这直线延长与循尺寸确定后，可采用的途径主要有两个：一是采用高疲劳性能的材环基数的纵坐标相交，交点就是该试样决定的疲劳极限。（４）疲劳极限是一个随机变量，可以通过子样对母体中值分位料，二是采取适当的强化工艺，对曲轴、尤其是对轴颈圆角进行强化，曲轴是一种典型的适合于局部强化的零件。点推断其数学期望值。对于正态分布，期望值就是平均值。进行试验时，要用１５个左右的试样，试验载荷有一定的随意２曲轴疲劳极限测定的方法及比较曲轴疲劳极限的测定和金属材料试验方法相同，试验目的同样性，其范围应使得２－５个试样超越循环基数而其余部分则在２Ｘ１０次循环之前就开裂的载荷，因为是评估零件在无限寿命下的承载能力。常见的疲劳极限测定方法有以后开裂。要避免使用能引起１步进法、单点法、成组法、升降法、ＳＡＦＬ法、Ｌｏｃａｔｉ法等【ｌ＿，本文重点对这会使最后分析得到的疲劳极限偏高；同样也不应使用超过５个的超越试样数据，这会使结论偏低而引入过高的安全系数Ｉ引。步进法、升降法、ＳＡＦＬ法进行探讨。２．１步进法３结论步进法：只需要一个试样，载荷由小到大进行试验，本办法能节当无法获得足够的零件式样时，可以利用单件试样测定疲劳极而且要求确知材料限。具体的做法是从估计的疲劳极限７０％处开始，使零件运行一个省试样但不能节省时间。试验结果的精度不高，很大的周数（称为循环基数）。每完成一次循环基数的运行后就增加没有明显的“ 次载锻炼” 效应。升降法：耗费较多的试样和时间，试验费用高。但它能比较准确级载荷，增加的幅度大约是估计的疲劳极限的５％左右，如此不断增加载荷，直至这个零件断裂为止。采用步进法试验时，试样疲劳极地测定试样的疲劳极限和标准差，是目前国内外通用的一种方法。ＳＡＦＬ法：可以用每一个试样求得一个疲劳极限，因而如果母体限的估计值等于本级载荷和上一次运行的较低一级载荷的平均值。步进法的缺点是开始试验的载荷要足够低，以保证试样在若干级载质量不好、数据分散，可以很快通过子样试验反映出来。试样虽然要但因所选载荷较高，大部分试样断裂，所以时间还是荷水平上具有超越寿命。因此，步进法虽然能节省试样却不节省时求数量也不少，间。此外，若零件所用材料具有较强的次载锻炼倾向，则此法不宜采较升降法快。它的缺点是计算中要用到一个ＱＣＩ值，此值只能用其它试验方法间接推测，而且在一种材料、工艺等因素确定后不能随用。意更动，否则前后结果就没有可比性，此法较适于对已经定型的产２．２升降法升降法是测定疲劳极限最常用的方法之一。严格地讲，目前工品进行验收或货源鉴定。参考文献程中实际应用的升降法应称之为小子样升降法，它由单点法演变而１】ＱＣ／Ｔ６３７ — ２０００．汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法【Ｓ】．北京：来。单点法认为疲劳极限的估计值就是发生断裂的本级载荷和下一【中国标准出版社，２０００．次运行的较低一级载荷的平均值。不论它是否断裂都不再使用。我们总可以设法用两个（一对）零件找到一级不断裂而再升一级就断［２】谢丽颖．汽车发动机曲轴疲劳试验方．法『Ｊ１＿汽车工艺与材料，２００６裂的载荷。这时可以认为零件疲劳极限位于一级引起断裂和下一级（３）：９ — １２．不断裂的载荷之间。又由于疲劳强度的随机性，每一对试样得出的【３】周迅，俞小莉．曲轴疲劳试验及其数据统计分析方法的研究【Ｊ］．内结果可能是不同的，但它们总会出现在某一值附近，而这个值就是燃机工程．２００７￣）：５１ — ５５．

钢制车轮弯曲试验多轴疲劳寿命预测研究

钢制车轮弯曲试验多轴疲劳寿命预测研究近年来，随着钢制车轮在运输行业的广泛应用，如何提高其安全性和使用寿命成为了研究人员的重要问题。

由于钢制车轮的复杂应力状态和多轴载荷作用下的疲劳损伤，导致传统的单轴疲劳试验无法精确模拟其实际运行状态，因此钢制车轮多轴疲劳寿命预测研究变得尤为重要。

本文针对钢制车轮的弯曲疲劳寿命进行多轴疲劳试验研究及预测，基于目前国内外理论研究和试验结果的基础上，采用了有限元仿真技术和S-N曲线预测模型相结合的方法，对钢制车轮的多轴疲劳寿命进行了数值分析和预测研究。

首先，本文利用ANSYS有限元软件，对钢制车轮弯曲试验进行了数值模拟，建立了车轮的有限元分析模型及载荷和边界条件。

通过多组不同载荷组合下车轮的有限元分析，得出了钢制车轮在多轴载荷作用下的最大应力和应变分布规律，为后续多轴疲劳试验提供了重要的参考。

接着，本文进行了钢制车轮的多轴疲劳试验研究，采用了R.Ramesh等学者提出的多轴试验台，并对试验参数进行了优化调整。

在多种载荷倍数和载荷比的作用下，对钢制车轮进行了多次疲劳试验，得到了其应力幅值-循环次数（S-N）曲线，同时对车轮的疲劳裂纹形态和扩展机制进行了研究分析。

最后，本文基于试验结果和有限元仿真分析，采用Bannantine 和Rice提出的S-N曲线预测模型，对钢制车轮的多轴疲劳寿命进行了预测。

结果显示，多轴疲劳寿命预测值与试验值具有较高的一致性和准确性，能够为钢制车轮的材料选择和设计提供重要的参考依据。

总之，本文对钢制车轮弯曲试验多轴疲劳寿命预测研究进行了深入分析和探讨，通过有限元仿真和多轴试验研究相结合的方法，可以更加精确地预测钢制车轮的多轴疲劳寿命，为运输行业的安全和可靠性提供了保障。

钢制车轮作为运输行业的重要组成部分，在使用过程中会遇到复杂的多轴载荷作用，常常出现疲劳裂纹和损伤，严重影响车辆的稳定性和安全性。

传统的单轴疲劳试验往往无法精确模拟实际的复杂应力状态和多轴载荷作用，因此多轴疲劳试验和寿命预测成为了钢制车轮疲劳研究的重要内容。

汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟

汽车车轮动态弯曲疲劳试验的有限元模拟本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！汽车车轮是汽车的重要组成部分，承受了来自汽车的全部重量，它的可靠性直接影响汽车的安全行驶以及人的生命安全。

为了保证它的安全，国家对它出厂前需要通过的试验进行了规定，分别为动态弯曲疲劳试验、动态径向疲劳试验和冲击试验。

做这些试验需要轮毂产品和专用设备，增加了成本，同时还延长了产品的设计周期。

近年来，随着NX NASTRAN,ANSYS 等分析软件的发展、应用，通过计算机技术来模拟上述三个实验，将模拟分析结果作为设计的初始条件，可降低设计周期和实验成本，深受汽车企业欢迎。

车轮主要是由轮毂和轮胎组成的，而动态弯曲疲劳试验中只对轮毂进行了考察。

动态弯曲疲劳试验模拟了汽车行驶过程中受到弯曲力矩的情况，并且轮毂发生疲劳破坏的最主要原因就是弯曲疲劳，因此对它的研究显得尤为重要。

1 轮毂的三维建模轮毂主要是由轮辋和轮辐组成的，轮辋是轮毂上与轮胎接触的部分，文献[1]对它的尺寸做了规定，轮辐是与车轴实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。

轮辐部分是影响轮毂重量和强度的重要部分，它的尺寸和形状没有统一的标准。

轮辐的设计主要是从轮板数量和轮辐形状两个方面考虑，在设计中辐板数量影响轮毂的外观、强度、通风性、加工难易等，常用的有五辐、七辐、八辐、十辐等，而轮辐形状有星型、Y 型、V 型等。

2 动态弯曲疲劳试验根据国家标准，试验时轮毂承受一个与之相对旋转的弯矩。

本文采用轮毂旋转加载方式如图 2 所示，为了对车轮施加弯矩，以规定的m 到m距离(力臂)处施加一个平行于车轮安装面的力。

本文选用的力臂长L 为m，确定应力最大位置时是让轮毂在一固定不动的弯矩下旋转，从而找出轮毂旋转过程中应力最大的位置，然后以此位置的载荷和约束为基础进行疲劳分析。

3 弯曲疲劳试验有限元模拟最大应力位置的确定依据动态弯曲疲劳试验的要求，如图 2 所示，轮毂被紧固在试验装置的面上，装置上的夹具夹紧轮毂的轮缘，所以在对轮毂施加约束时，应在轴一侧轮辋外缘处施加固定约束，以此来固定它的 6 个自由度。

钢制车轮弯曲试验多轴疲劳寿命预测研究

我国在研究车轮疲劳寿命时．主要是针对乘用
车铝合金车轮的疲劳寿命进行分析＿］而针对载货】．－４
径向疲劳试验和弯曲疲劳试验中．以弯曲疲劳的又失效率最高＿国外建立了ＳＥ、Ｏ、Ｓ１ｌ。ＡＩＪＯ等相关ＳＡ
车轮疲劳试验标准．我国也针对乘用车（ＢＧ／Ｔ３４２０）商用车（ＢＴ９９１９）立了５３－０５和Ｇ／５０－９５建相应的国标
ａｄｍｕｔ— ｘａｒｉａｌｎｏａｔｅｓｓｒｉｐｒａｈａｄＢｏｌｒＳｃｅａｄＳａｇＤｅｕｎａｇｄｌｒｎｌａｉｌｉｃｌａｅｌｃｌｓｒｓ — ｔｎａｐｃｎｒｗｎＭｉｅ，ｏｉｎｈｎｇａｇｄｍａｅｍｏｅｅｉｃｔｐａｏｌａｕｅｏｐｅｉａｅｆｔｕｉｆｗｅ１Ｆｒｅ，Ｆ — ＡＦｏｔａｅｉｓｄｔｒｄｃｔｈｅａｉｕｉ，ｈｓｐｏｉｇｔａｓｄｔｒｄｃｔａｉｅｌｅｏｈｅ．ｕｔｒＥＳＥｓｆｒｓｕｅｏｐｅｉａｅｗｅｌｔｅｌｅｔｕｒｖｎｔｇｆｈｗｆｇｆｈｔｅｗｈｅａｉｕｉｓｓｆｃｅｔｏｍｅｔｈｎｍｕｃｃｅｎｏｉａｇｄｌｉｍｏｅａｐｏｉｔｏｐｅｉａｅｈｅｌｆｔｅｌｅｉｕｆｉｎｅｅｍｉｉｍｙｌｓａｄＳｃｅｄｍａｅｍｏｅｓｇｆｉｔｔｒｐｒｘｍａｅｔｒｄｃｔｔｅｗｅｌａｉｕｉｏａｅｔｅｔｓａａｏｉｌｒｗｈｅ．ｈｈｅｔｅｌｅｃｍｐｒｄｗｉｔｅｔｔｆｍｉｅ１ｆｇｆｈｈｄｓａ

某轨道车辆车轮疲劳强度分析

2.1加载与约束车轴模型的两端施加径向和周向约束，一端施加轴向有限元模型与约束施加位置见图3。

2.2计算工况依据EN13979-1:2003《铁路应用-轮对和转向架-技术认证程序第1部分：锻造和轧制车轮》和OR 《整体车轮的技术认证-标准EN13979-1第的应用文件》中所给的载荷组合和载荷施加点进行强度计载荷计算与工况选取如下：P=mtot×g/2=73575N 每个轮对作用于轨道的垂向力工况1（车辆直线运行）：=1.25×P =91968.75N 轮轨垂向力———————————————————————基金项目:国家重点研发计划项目（2018YFE0201400）。

作者简介:王宗正（1989-），男，山东临朐人，工程师，研究方向为疲劳耐久性。

图1某车轮与轮对三维模型图2车轮踏面的载荷施加点1057038F z3F z1F y2F z2F y3σ11方向的循环σ12方向的循环方向的循环σ22方向的循环σ33方向的循环σ11max σ21max σ22max σ33max σ11minσ21minσ22minσ33minσ11max +σ11min2σ12max σ21max +σ21minσ22max +σ22minσ33max +σ33minσ11max -σ11min2σ12max 车轮应力循环轮轨横向力（车辆曲线运行）：=1.25×P=91968.75N 轮轨垂向力=0.7×P=51502.5N 轮轨横向力（车辆过道岔）：=1.25×P=91968.75N 轮轨垂向力=0.42×P=30901.5N 轮轨横向力ω=2*1000000*Vmax/d/3600=6.14rad/s 直径d=840mm为了重现车轮疲劳循环，按图4所示，将不同的载荷评定方法最大主应力投影准则首先根据计算结果选出三种工况中给定节点的最大（主应力编号i=1，2，3）值，作为σimax ，计算出σ最小应力的计算：其中i=1，2，3，对应不同的工况。

铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析

铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析作者：侯福月来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2015年第07期摘要：汽车车轮在汽车运行时同时受到弯矩和冲击等多种载荷，车轮弯曲疲劳试验是检测车轮的力学性能指标的一项重要实验。

本文针对铝合金车轮弯曲疲劳试验的实验原理和试验过程做了介绍，对于疲劳实验失效进行了具体的分析，根据试验后车轮尺寸的变化、断裂处断口形貌特征和对车轮进行渗透探伤结果的对比、判断和分析，进一步明确造成车轮疲劳失效的原因和影响因素等问题。

关键词：铝合金车轮；弯曲疲劳试验；失效分析1 铝合金车轮弯曲疲劳实验介绍汽车车轮的优劣直接影响着汽车整体性能，包括对行驶稳定性、安全性的影响，对驾驶操控性的影响，对乘客乘坐舒适性的影响，对汽车加速和制动性能的影响等。

车轮的优劣已经同汽车油耗一样，成为衡量整车质量和档次高低的重要指标之一。

根据国内和国际标准化组织的规定，车轮在出厂前必须通过冲击试验、径向疲劳试验和动态弯曲疲劳试验等实验方式对车轮性能进行试验。

其中动态弯曲疲劳实验通常也简称为弯曲疲劳实验，具体实验过程如下。

试样旋转同时承受一定的弯矩。

由力产生的弯矩恒定不变并且不转动或者车轮固定不动，而承受一个旋转的弯矩（见图1和图2）。

试样可在一处或两处固定轮毂进行悬臂试验，也可四点固定轮毂进行横梁试验。

直至试样失效或超出预定应力循环周期。

采用的国标为GB/T5334-2005，试验装置如图1。

按照车轮的实际安装情况，对螺母施加扭矩最低值的115%的载荷，螺母不加润滑剂将车轮固定于试验装置上，保持试验连接件和车轮配合面的清洁。

试验时为保持车轮上的螺栓和螺母配合的可靠性，可多次紧固。

加载系统需控制规定的载荷，误差在±2.5%范围内。

如果螺栓在试验过程中失效破坏，更换螺栓后仍可继续试验。

高速旋转下，此装置可能会因摩擦产生大量热量，对实验结果产生较大影响。

试验弯矩由公式M=（μR+d）FS确定。

其中M、μ、R、d、F、S分别表示弯矩、轮胎与道路之间的磨擦系数、静负荷半径、车轮偏距、车轮最大额定载荷、强化试验系数。

疲劳试验及几种试验方法的比较ppt课件

214,900
20℃ 34,500
245,600 108,100
几种疲劳试验的比较
试验方法
优点
四点弯曲
①试验结果可直接用于设计 ②基本技术可用于其他方面 ③可选择加载方法 ④敏感程度相对较好
缺点
①耗时 ②成本高 ③需专用设备
模拟现简便综合场状况性排序
接近
较简便
1
梯形悬臂
梁
①试验结果可直接用于设计 ②基本技术可用于其他方面 ③可选择加载方法
四点弯曲
51 0 11 33 84 8 56 50 67 85 99 88
梯形悬臂梁
29 0 5 24 44 4 58 0 49 80 98 80
间接拉伸
43 0 27 18 67 0 53 0 45 67 99 76
不同试验方法影响敏感性分析结果
四点弯曲间接拉伸
梯形悬臂梁弯曲
四点弯曲
梯形悬臂梁弯曲
◦ 2、控温精度为0.1℃，控温范围为-20℃~+60℃
间接拉伸疲劳试验方法
加载方式
间接拉伸疲劳试验方法
试件尺寸
◦ 直径100mm ◦ 高63.5mm
环境条件：
◦ 1、沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护4小时以上
◦ 2、保温室控温范围为2℃-20℃，精度至少为±1℃。
三种试验方法的评价
2路面结构在模拟汽车荷载作用下的疲劳试验研究4试验室小型试件的疲劳试验研究12ppt课件疲劳试验方式汇总试验方法加载形式应力分布加载波形加载频率间歇时间次应力状态四点弯曲带间隙的半正1167单轴向中点弯曲同上带间隙的正弦三角或方波最大1100单轴向梯形悬臂带间隙的正弦三角波形25或1100单轴向旋转悬臂101667单轴向833250单轴向间接拉伸10双轴向支承梁弯曲半正弦075单轴向13ppt课件加载方式14ppt课件采用振动轮碾成型设备进行碾压成型置于高精度金刚石双面剧内采用双面同步切割技术300mm50mm50mm沥青混合料小梁试件均在试验温度下环境温控箱内养护4小时以上控温精度为01控温范围为2060成型方法试件尺寸环境条件15ppt课件16ppt课件加载方式17ppt课件1沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护4小时以上2控温精度为01控温范围为206018ppt课件加载方式19ppt课件1沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护4小时以上2保温室控温范围为220精度至少为120ppt课件影响因素敏感性试验可靠性合理性美国shrp研究计划对这三种试验方法进行详细的评价从三个角度方法评价21ppt课件评价指标影响因劲度模量变化百分表沥青种类512943沥青含量集料类型1127空隙率332418844467应力水平疲劳寿命变化百分表沥青种类565853沥青含量50集料类型674945空隙率858067999899应力水平88807622ppt课件四点弯曲间接拉伸梯形悬臂梁弯曲四点弯曲梯形悬臂梁弯曲间接拉伸23ppt课件评价指标弯曲梯形悬臂梁间接拉伸劲度模量变化系数123114197采样方差inpsi00100140015疲劳寿命变化系数9871718655采样方差innf028216960213试验可靠性分析主要用于评价试验方法在重复条件下的可靠程度即反映各试验方法的离散程度