车轮残余应力测试的仿真分析
含有残余应力的铝合金轮毂应力分布状态分析
ｔｅ ｓｆ ｒ ｏ ｈ ｏ ｔ ｅ ＰｒＣＡＳ ｗａ Ｔ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓｄ ａ ｔｅ ｓ ａ ｈ ｏ ｅ ｓｏ ｔ ｉ ｅ ｎ ｈ ｅ ｉ ｕ ｌ ｓｒ ｓ ｔｔ ｅ ｎ ｄ ｓ ｉ ｂ ａ ｎ ｄ． Ｄａａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｓ ｃ ｍ— ｔ ｘ ｈａ ｇ ｒ ｇ ａ ｉ ｏ
关键 词 ： 合金 ； 造残 余应 力 ；接 口程序 ； 值模 拟 铝 铸 数 中图分 类号 ： Ｇ １ Ｔ ２ ３ 文献 标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ： ６ １— ７ ５ ２ ０ ）３— ２ ８— ５ １ ７ ７ ７ （０ ８ ０ ０ １ ０
Ａｎ ｌ ｓ ｓ ｏ ｔ ｅ ｓ ｄ ｓ ｒ ｂ ｔｏ ｆ ａ ｕ ｉ ｕ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｎ ｓｒ ｓ ｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ｌ ｍ ｎ ｍ ｗｈ ｅ
ｐｉ ｄ． Ｎｏ ｌ ｅ ｄｅ，ｅ ｅ ｅ ｎ ｉ ｏ ｌｍ ｎｔａ ｄ ｓｘ ｃ ｍｐｏ ｅ ｔ ｆｔ ｔｅ ｓｔ ｎ ｏ ｔｔ ｅ ｎ ｄ ｉ ｓａ ｅ ｔａ ｍｉｔｄ ｉ ｔ ｎ ｎ ｓｏ ｈｅｓｒ ｓ ｅ ｓ ｒａ ｈ ｏ ｅ ｆ ｅ ｒ ｒ ｎｓ ｔ ｎ ｏ ＡＮＳＹＳ ｌ ｅ ｓ ｆ ｒ ｓｎ ｔｅ ｎ ｅ ｆｃ ｐ ｏ ｒ ｍ ． Ｔｈ ｎ ｈ ｓｒ ｃｕｒ ｓ ｆ ｔ ｅ ｌ ｒ ａ ａｙ ｅ ｂ ｔ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏｔ ｅ ｕ ｉ ｇ ｈ ｉｔｒａ ｅ ｒ ｇ ａ ｗａ ｅ ｔ ｅ ｔｕ ｔ ｅ ｏ ｈｅ ｗｈ ｅ ａ ｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ｙ ｈｅ ｔ ｔｒ ｕ ｍ ｏ ｕ ｅ ｏ ｄ ｌ ｆＡＮＳＹＳ． Ｔｈ ｏ ｇ ｈ ｓ ｍ ｅｈ ｄ， ｔ ｅ ｗｈｅ ｌｗｉｈ ｒ ｓｄ ｌｓｒ ｓ ａ ｅ ａ ｌ ｚ ｄ ｗｈ ｎ ｗｅ ｌ ａ ｒ ｕ ｈ ｔ ｉ ｔ ｏ ｈ ｅ ｔ ｅ ｉｕａ ｔｅ ｓ ｃ ｎ ｂ ｎａｙ ｅ ｅ ｏ ｄ ｏｈｅ ｉｈｔｏ ｔ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｒ ｒ ｃ ｕ ａｅ ｔ ａ ｈ ｎ ｔ ｏ ｅ ｉ ｕ ｌｓｒ ｓ ． ｔ ｒｗｅｇ ｎ ｉ． ｅ ｒ ｓ ｌｓ ａ ｅ ｍｏ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ｈ ｎ ｔ ｅ ｏ ｅ ｗｉｈ ｕｔｒ ｓｄ ａ ｔｅ ｓ
机车车轴残余应力测试
机车车轴残余应力测试唐绘兴① 孙德涛（上海金艺检测技术有限公司 安徽马鞍山２４３０３２）摘 要 本文采用切割法和应变测试技术对机车车轴残余应力进行现场测试，通过测试数据计算出车轴表面的圆周残余应力及表面下２ｍｍ处的残余应力，测试方法理论完善，结果准确可靠。
机车车轴残余应力的测试为全面掌握车轴残余应力提供依据，进而为热处理工艺参数控制提供参考。
关键词 机车车轴 残余应力 应变测试 切割法中图法分类号 ＴＰ１８３ ＴＰ２１２ 文献标识码 ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０４ ０２７ＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓＴｅｓｔｉｎｇｏｆＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＡｘｌｅｓＴａｎｇＨｕｉｘｉｎｇ ＳｕｎＤｅｔａｏ（ＳｈａｎｇｈａｉＪｉｎｙｉＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ａｎｈｕｉ２４３０３２）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｔｒａｉｎｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｎ ｓｉｔｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅｓａｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａ，ｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｘｌｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｔ２ｍｍｂｅｌｏｗｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅｆｕｒｔｈｅｒｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｓｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｂａｓｉｓｆｏｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎａｘｌｅｓ，ａｎｄｔｈｕｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅ Ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ Ｓｔｒａｉｎｔｅｓｔｉｎｇ Ｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ１ 前言机车车轴是机车关键部件之一，具有很高的安全性要求，为了确保车轴的可靠，经热处理和机加工后，每个车轴表面的圆周残余应力及表面下２ｍｍ处的残余应力都应控制在一定的范围之内，残余应力的大小和分布深度，是车轴必须达到的一个重要质量指标［１，２］。
用超声波探伤评估车轮应力
2 理念
热处理工艺是残余应力研究中最重要的阶段 , 因 为在这个生产阶段沿轮辋产生了残余压缩应力 。圆周 压缩对车轮有益 , 因为它可以防止车轮运行疲劳而出 现裂纹 。 残余压缩应力是轮辋淬火的结果 , 可以在本区域 产生一个永久塑性变形。当喷水到达轮辋高温面时 , 会产生快速冷却和收缩 。同时 , 车轮冷却区域 ( 淬火 ) 下方材料仍然高温 , 造成屈服强度降低 。轮辋和板内 部的纤维在较冷的外部纤维压缩之下形成镦锻 , 产生 屈服。 车轮冷却时和压缩屈服过程中 , 轮辋和辐板内部 纤维小于原始尺寸 , 但是一些部分大于原来尺寸 。 这
1 介绍
我们的目的是研究超声波应用 , 以确定铁路锻造 轮内的 应 力 , 并 计 算 M WL Brasil Rodas & Eixos Lt da . 公司生产的锻造轮生产过程中产生的残余应力 , 采用了临界折射纵波 (Lcr) 技术 。
个过程导致辐板和轮辋底部产生张力 , 并在轮辋外部 产生压缩。 热处理工艺中产生的车轮初始残余应力在车轮使 用过程中发生极大的变化 。但是 , 从第一次故障到最 终断开 / 断裂 , 新轮的初始应力水平对于车轮使用寿命 内的应力再分配都有重要影响 。热处理参数是确定残 余拉应力水平 ,尤其是材料化学成分影响和淬火冷却 时间的重要工具 [1 ] 。图 1 显示了 M WL B razil 的热处 理工艺 。 对于运行中的车轮的有效维护 , 尤为重要的是了 解现场车轮应力状态 ,因为轮辋的拉伸应力显示迫切
V 2 代表介质 2 的波速 。图 2 显示了临界角内产生的峰 L11
式 ( 2 ) 中 : σ— — — 应力; E— — — 弹 性 模 量 ( M Pa ) ; 3 — — — 声弹常数 ; t 0 — — — 标准时间 ( ns ) ; t — — — 试验材
高速列车制动盘残余应力数值仿真及试验验证
２ ０ｋ ｈ的高 速 列 车 合 金 锻 钢 制 动 盘 紧急 制 动 工 况 后 的 残 余 应 力 进 行 数 值 模 拟 分 析 。结 果 表 明 ， 大 的 残 余 拉 ７ ｍ／ 较 应 力分 布在 摩 擦 面 上 ， 随厚 度 方 向逐 渐 减 小 ， 大 残余 应力 值 ５ ２ＭＰ ， 最 ４ ａ 且在 摩 擦 环 内应 力 分 布 并 不 均 匀 用 Ｘ 射 线 应 力 测 定 仪 对 制 动 盘摩 擦 环 的残 余 应 力 进 行 测 定 ， 验 测 得 最 大 残余 应 力 值 为 ３ ８４ＭＰ 。 仿 真 结 果 和 试 验结 试 ４ ． ａ 果 相差 ３ ． ， 果 虽 相 差 较 大 ， 变 化 趋 势 基 本 一致 ， 合 乎 实 际 。理 论 仿 真 结 果 能 直 接用 于制 动 盘 疲 劳 裂 纹 扩 ５７ 结 但 且
式 中 △丁为 △ 时 问 的温 度 ， ａ为材 料 的热 膨 胀 系数 ， Ｅ
为 材料的 弹性模量 ， 为材 料的 泊松 比。
李 继 山 （ （ 稿 日期 ：０ ０ ０ —２ ） １７ 一 河 博 收 ２ １ － ６ ５
第 ６期
属 相变温度 ， 属 发生 相 变 ， 生 了相 变 应 力 。制 动盘 金 产
上 的热应力 、 相变应 力 以及各种 机械应 力 等共 同作 用 的
结果 构成 了残余 应 力 。如 果制 动 盘 残余 应 力 大 于 或接 近于制动 盘材 料 的强 度 极 限时 遇 到其 他 外在 机 械 冲击 或 热 冲击 ， 就有 可 能产 生 破坏 性 裂 纹 ， 而 发 生 安 全事 从
ｆ ＋ ＋ 。 十 一
（） １
【 ＋ ＋ ０ Ｉ ＋ 。一 ｒ’ ８ ｒ ｒ
式 中 ｆ 、 为体 积力 在 ｒ向 、 向上 的分量 。
机车车轮与车轴残余应力的超声检测
测分 辨 率，间 距 太 大 又 会 降 低 接 收 到 的 Ｌｃｒ波 信 噪 比 ，使 测 量 结 果 不 稳 定 。 本 文 综 合 考 虑 车 轮 踏 面 、车
轴的尺 寸 与 曲 率 半 径，选 择 ３５ ｍｍ 作 为 间 距，该 数 值反映了应力测试平均值的范围。
２ 超声应力检测系统与原理
超声应力检测系统由软件系统和硬件系统组
波在空气中传播的 干 扰 和 损 耗 较 大，不 能 直 接 从 空
气中射入，选择声速 较 小 的 有 机 玻 璃 作 为 入 射 前 的
介质，有 机 玻 璃 声 速 为 ２７３０ ｍ／ｓ。 根 据 Ｓｎｅｌｌ定 理 ： ［１３］
狏１ｓｉｎθ２ ＝狏２ｓｉｎθ１
（３）
式 中：狏１ 为有机玻璃声速；狏２ 为钢材声速；θ１ 为超声
将试 件 放 到 电 子 拉 伸 机 上 进 行 拉 伸 试 验，如 图 ２所示。拉伸时以１ｔ为梯度，最大加 载到９ｔ，每 整 吨拉伸时用超声应力检测系统的 犓 值标定模块进 行声时差测量。
图 ２ 应 力 系 数 标 定 试 验
３．３ 试 验 数 据 及 处 理 每种试 件 重 复 加 载 ５ 次，分 别 得 到 ５ 组 车 轮 与
３ 材料应力系数标定
试验获取车轮车轴材质的应力系数 犓 值，它反 映了该材质所受应力与声速的对应关系。 ３．１ 试 验 设 备 和 参 数 说 明
电子拉伸机能 够 拉 伸 的 最 大 吨 位 为 １６ｔ，拉 伸 试 件 的 材 质 分 别 取 自 机 车 车 轮 、车 轴 ，试 件 尺 寸 与 加 工要求满足《无损检测 残余应 力超 声临 界折 射纵 波 检 测 方 法 》（ＧＢ／Ｔ３２０７３－２０１５）。 ３．２ 试 验 过 程
车轮残余应力测试方法研究
车轮残余应力测试方法研究丁涛;王广科【摘要】With the help of simulation analysis method, the change laws of saw kerf width and stress/strain near the kerf were studied when radial saw cutting. The analyses show that when the saw cutting depth reaches the joint of rim and plate, the release of residual stress is sufficient enough to calculate the residual stress on the tread based on release information of residual stress. On the basis of the radial saw cutting method, strain gauges were pasted near the kerf and record the strain change when saw cutting. The residual stress was calculated according to the strain change information.%采用仿真分析的方法研究了火车轮径向锯切过程中锯缝宽度的变化以及锯缝附近踏面上应力/应变的变化规律。
分析表明,当锯切深度达到轮辋与辐板连接处时,锯缝附近残余应力的释放已经十分充分,可根据残余应力的释放情况计算踏面上残余应力的大小。
按照径向锯切方法,在锯缝附近粘贴应变片,径向锯切到轮辋与辐板连接圆弧处时停止锯切,依据应变片记录的应变值可计算踏面上的残余应力。
【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2012(023)012【总页数】4页(P1508-1511)【关键词】火车轮;残余应力;残余应力测试;仿真分析【作者】丁涛;王广科【作者单位】安徽工业大学,马鞍山243002;安徽工业大学,马鞍山243002【正文语种】中文【中图分类】U260.331.10 引言火车轮踏面残余压应力的大小及其沿轮辋的分布是评价车轮质量的一个重要指标。
火车轮残余应力测试
对 经 热 处 理 以及 机 加 工后 的一 个直 径 为 ８０ ｍｌ ４ ｉ ｌ 的车轮 （ 车轮材料 为 Ｅ ９ ，辗钢 轮） Ｒ钢 进行 残余应力 测
・２ １ ２・
机 械 工 程 与 自 动 化
２ １ 年第 ４ ０１ 期
切割操 作 二见 图 ２ ，对切割 操作 一所 得部 分位 于 轮缘 与辐 板 的交 界处沿 着平 行轴 线 的平 面进 行切 割 ，
切割之 前布 置好 测点 １ ３ 、 ，切割 后对 １ 、３测 点 的应 力值进行 测量 ，所得之值 即 为此操作 后轮缘所 释放 的 残余应 力。
文献标识码 ： Ａ
关键词 ： 车轮 ；残余应力 ；切割法 火
中 图分 类 号 ： ２ ０ ３ １． ：Ｔ １ Ｕ ６ ， ３ １ Ｂ ２
ｌ 概述
２ 火 车轮残余 应力 的测试
２ １ 切 割线位 置及应 变片的布置 ．
车轮是机 车 关键 部 件之一 ，具有很 高 的安全 性要
求 ，为 了确保 车轮 的可 靠 ，经 热 处理和 机加 工后 ，每 个车 轮踏面 表面 的圆周残 余应 力及 踏面 下残 余应 力为
第 ４期 （ 第 １７期 ） 总 ６ ２ １ 年 ８月 ０１
机 械 工 程 与
自 动 化
ＡＵＴ０Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎ０． ４ Ａｕｇ．
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆
文 章 编 号 ：６ ２ ６ １ ２ １ １ ７ — ４ ３（ ０ １）０ － １ １ ０ ４０２－２
个径 向横截 面上 的残 余 应力进行 测试 测 试 时切 割操 作和 测 点布 置交错 进 行 ，共进 行 ３
次切 割操 作 。切 割之 前先 布置 测点 ，各测 点按 正交布 置双 片 ，分 别沿 圆周方 向和径 向。 切割 操 作 一 按 图 １ ａ 进 行 ，切 割 时 先切 取 弦 长 （） 大于 等于 １２车轮 厚度 的扇 形 ，然后对 切取 的扇 形在 ／ 离开 轮缘 与辐板 的过 渡 圆角处 沿着平 行轴 线的平 面进 行切 割 。切 割之 前 布 置好 测 点 ｌ 、Ａ、Ｂ，见 图 ｌ ｂ ， （）
货车车轮残余应力的产生与分布研究
摘
要 ： 研 究 方 法 和 测 试 手 段 的 限制 ， 车 车轮 在 生 产 过 程 中 产 生 的 残 余 应 力 状 态 与 分 布 很 难 测 试 ， 能按 照 有 受 货 仅
生 与分布进 行研究 是一 个不 能 回避 的课题 。
本 文 以 我 国 ＨＤＳ Ａ
力都 有着 不 同程度 的影 响 。综合 考虑 这些 因素来 研究
车轮 淬火 过程 中温 度 场 、 组织 场 和应 力 场 是 一个 非 常 复杂 的 问题 。 目前 ， 车 轮淬 火 及 回火 过 程 中各 场 量 对 变化 的规 律还 缺乏 理论 解 析 ， 实 际 生 产 过程 中也 都 在 是 凭经 验进 行判 断 。 由于热 处理 过程 和车 轮 形状 的复 杂 性 ， 在 理论 要 上 获得 对温 度场 、 组织 场 、 力场 耦合 分析 的解 析解几 应
势 。总之 ， 述 方 法 都难 以描 述 残余 应 力在 断 面 的 分 上
布。
・
７ 。
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试 验 研 究
文 章编 号 ：０ ２７ ０ （０ ７ ０ －０ １０ １ ０－６ ２ ２ ０ ）７０ ０ —６
铁道车辆 第４ 卷第７ ０７ 月 ５ 期２ 年７ ０
货车车轮残余应 力的产生 与分布研 究
李 小宇 ，安 涛 ，沈晓辉 章 静 军 ， ，阎
程 中车 轮 内部 温 度 、 织 组 和应力分 布 以及 工 艺参数
金属轮盘 残余应力测量 轮廓法cstm标准
金属轮盘残余应力测量轮廓法cstm标准金属轮盘是一种常见的零件，它通常由金属材料制成。
在制造金属轮盘的过程中，常常会产生一定的残余应力。
残余应力是指在零件内部或表面存在的一种力，它是由于制造过程中的热处理、加工等因素所导致的。
残余应力不仅会对零件的性能和寿命产生影响，还可能导致零件在使用过程中出现失效。
因此，对金属轮盘的残余应力进行测量是非常重要的。
在测量金属轮盘的残余应力时，轮廓法是一种常用的方法。
它基于轮盘形状的变形特征，结合数学模型和实验测量，可以非常准确地测量出金属轮盘的残余应力。
轮廓法的测量步骤如下：1.选择合适的测量样品。
样品应具有代表性，可以代表整个批次的金属轮盘。
2.测量样品的初始几何轮廓。
使用光学仪器或三维扫描仪等设备，对样品的几何形状进行测量，获取初始几何轮廓信息。
3.对样品施加外力。
通过机械装置或压力设备，对样品施加一定的外力，使其产生轮廓形状的变形。
4.再次测量样品的几何轮廓。
在施加外力后，再次使用光学仪器或三维扫描仪等设备，测量样品的几何形状，获取受力后的几何轮廓信息。
5.数据处理和计算。
将测量得到的几何轮廓数据进行处理和计算，得到金属轮盘在施加外力后的变形量。
6.根据数学模型计算残余应力。
根据轮廓法的数学模型，将变形量与材料属性进行计算，得到金属轮盘的残余应力。
在使用轮廓法进行金属轮盘残余应力测量时，需要注意以下几点：1.测量设备的选择和校准。
选择合适的光学仪器或三维扫描仪等设备，并进行准确的校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。
2.样品的准备和处理。
样品应进行适当的清洁和处理，以消除表面的影响因素。
此外，样品的尺寸和形状应符合测量要求，以确保测量的可行性。
3.受力方式的选择和控制。
根据金属轮盘的实际情况，选择合适的受力方式，并对施加的外力进行控制，以保证测量的准确性和可重复性。
4.数据处理和计算的准确性。
在进行数据处理和计算时，应确保使用准确的数学模型和正确的计算方法，以获得准确的残余应力结果。
汽车车轮应力测试方法的研究
汽车车轮应力测试方法的研究引言：随着社会的发展，各种机器设备都在迅速发展，其中汽车一直是人们生活中不可或缺的交通工具，汽车的发展离不开各种零部件的不断创新，而汽车车轮应力测试方法就是其中的重要一部分。
汽车车轮应力测试方法的研究对增强汽车零部件的安全性具有重要的意义。
本篇文章将按类别进行介绍。
一、Introduction汽车车轮是车辆的关键零部件之一，其在长期运行中承受着来自道路、车辆本身以及其他外界因素的各种应力，而检测车轮应力的可靠方法对于车轮的安全性至关重要。
有关汽车车轮应力测试方法的研究早已开始，目前全球各国汽车工业中，通过多种方式进行汽车车轮应力测试，以确保车轮能够承受各类应力和负载，确保车轮运行的安全性和稳定性。
二、Research on the testing methods1.试验循环载荷法试验循环载荷法是应力剪切测试方法的一种常用方式。
这种方法采用加载和卸载循环的方式来模拟车辆行驶中的应力。
通过模拟道路条件，驾驶车辆在不同的路面条件下行驶，从而测试车轮是否具有足够的强度和耐用性。
2.静态载荷法静态载荷法主要通过加压测试来模拟车辆运行中的负载。
在这个过程中，将车轮放置在测试机器上进行加压，其中横向和径向应力是测试的重点。
这个方法可以有效检测车轮的承载能力和刚度，对车辆的安全性具有积极的作用。
但是，这种方法难以模拟车辆行驶时的振动和应力。
3. X射线半径测量方法在最近几年中，X射线半径测量方法已经得到广泛应用。
这种方法可以准确测量车轮在静态和动态状态中的应力分布状况。
4.声波传播法这种技术是通过记录车轮表面产生的声波波形来检测其应力状态。
根据声波特性的不同来判断车轮不同方向的负载。
在捕捉到车轮的所有表面应力并进行分析后，可以快速得出车轮受力状态。
三、Conclusion总之，针对汽车车轮应力测试方法，目前已经有了多种检测方式，每一种方法都有其独特的优势和劣势。
需要根据实际需求和需求定位选择合适的测试方法。
汽车碰撞仿真对车辆碰撞后残余变形的分析研究
汽车碰撞仿真对车辆碰撞后残余变形的分析研究随着汽车行业的不断发展，车辆安全性能一直是人们关注的焦点。
车辆碰撞后的残余变形情况直接关系到乘车人员的安全以及车辆的后续维修成本。
因此，对汽车碰撞后的残余变形进行准确分析研究具有重要意义。
1. 背景介绍车辆碰撞事故是道路交通中常见的一种交通事故类型。
在碰撞过程中，车辆所受的力和承受的变形程度是影响车辆后续运行状况和乘车人员伤害程度的关键因素。
为了提高车辆的安全性能和降低事故造成的损失，利用汽车碰撞仿真技术对车辆碰撞后的残余变形进行研究具有重要意义。
2. 汽车碰撞仿真分析方法为了研究车辆碰撞事故后的残余变形情况，利用汽车碰撞仿真软件可以模拟出车辆碰撞过程中受力和变形的情况。
通过建立车辆模型、设置材料参数和碰撞参数，可以得出碰撞后车辆的残余变形情况。
同时，可以通过该软件模拟不同角度、不同速度的碰撞情况，来分析不同碰撞条件下的残余变形程度。
3. 车辆碰撞后残余变形的影响因素车辆碰撞后的残余变形程度受到多种因素的影响，包括碰撞速度、碰撞角度、车辆结构材料等。
在仿真分析中，可以通过改变这些因素，来研究其对车辆残余变形的影响程度。
例如，增加碰撞速度会导致车辆受力更大，残余变形更严重。
4. 汽车碰撞后残余变形的分析结果通过汽车碰撞仿真分析，可以得到车辆碰撞后的残余变形情况。
这些结果可以通过数值或图像的方式展示出来，更直观地呈现车辆碰撞后的残余变形情况。
根据这些结果，可以评估车辆结构强度是否满足安全标准，并优化车辆设计以提高车辆碰撞安全性能。
5. 汽车碰撞仿真在汽车设计中的应用汽车碰撞仿真技术在汽车设计中扮演着重要角色。
通过对车辆碰撞后的残余变形进行分析研究，可以及早发现设计缺陷，提前进行改进和优化，从而提高车辆的安全性能。
此外，汽车碰撞仿真还可以用于评估不同车辆结构材料的性能，为汽车设计人员提供参考和指导。
6. 结论汽车碰撞仿真是一种有效的研究车辆碰撞后残余变形的方法。
硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验
硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验常艳艳;孙涛;李增强【摘要】To meet the requirements of low surface residual stresses on the parts made by ultra-precision turning, by finite element analysis and tests, the micron level ultra-precision turning and simulation of aluminum alloy were done. The cutting force and temperature were analyzed, the cause and nature of machined surface residual stresses were studied, and the influence laws of the cutting depth and cutting speed on residual stresses were gotten. Simulation results show that in the cutting process the cutting force was small and the cutting temperature was low, but the unit cutting force was high. The cutting force was the leading factor in forming the compressive stress on the machined surface. The machined surface residual stresses increased with the increase of cutting depth and decreased with the increase of cutting speed. The cutting depth obviously influenced the residual stresses. The experiments of ultra-precision turning in micron level were done and the machined surface residual stresses were measured by XRD. The results of simulation were verified.%为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2015(047)007【总页数】6页(P41-46)【关键词】超精密车削;残余应力;硬铝合金;有限元仿真,切削试验【作者】常艳艳;孙涛;李增强【作者单位】哈尔滨工业大学机电工程学院, 150001 哈尔滨;哈尔滨工程大学机电工程学院, 150001 哈尔滨;哈尔滨工业大学机电工程学院, 150001 哈尔滨;哈尔滨工业大学机电工程学院, 150001 哈尔滨【正文语种】中文【中图分类】TG501.3已加工表面残余应力是加工表面质量的一个重要标志，对机械零部件的使用性能有着重要影响，并日益受到国内外的关注［1-5］.经超精密车削加工的零件多服役于条件要求比较苛刻的如航空航天、核工业、精密仪器等领域，这些尖端工业领域对机械零件使用性能的要求越来越高，不仅要求尺寸精度、形状精度和表面粗糙度，而且要求加工表面的残余应力也能达到规定要求.因此，分析超精密车削表面残余应力的产生原因，研究其分布规律对超精密车削表面质量的控制具有重要的理论与实际意义.国内外学者对车削表面残余应力的研究多集中于传统车削［6-9］，目前，由于实际的超精密车削多采用微米级的切削尺度，而对微米级超精密车削表面残余应力的报道并不多见［10-11］，需要进一步系统研究.本文选用航空常用材料LY12硬铝合金作为研究材料，使用有限元仿真和切削试验相结合的方法，采用微米级的切削深度，对超精密加工表面的残余应力进行研究.通过对LY12超精密车削过程的有限元模拟，分析切削过程的切削力和切削温度，研究已加工表面残余应力的产生原因及残余应力的性质，仿真得到了切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.针对切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响进行试验，对有限元模拟的结果进行验证.1 超精密车削的有限元模型选用Third Wave Systems公司的AdvantEdge对超精密车削过程进行模拟仿真.AdvantEdge在建立二维切削有限元模型时遵循以下规则.1.1 材料本构模型AdvantEdge中的材料本构模型:式中:g(εp)为应变硬化函数，Γ)为应变率敏感函数，Θ(T)为热软化函数，εp为塑性应变为塑性应变率，T为温度.1.2 材料断裂准则AdvantEdge中断裂准则为式中:D为失效参数为瞬时应变增量为瞬时失效应变.在切削过程中网格单元的应变值不断累积增加，当失效参数D＞1时单元失效.1.3 摩擦模型和自适应网格划分AdvantEdge中采用库伦摩擦模型:式中:Ff为摩擦力，Fn为法向作用力，μ为摩擦系数.AdvantEdge软件基于显式动力学和热力耦合建立金属切削的有限元模型，并采用了自适应网格划分技术［12］.1.4 正交切削仿真参数在AdvantEdge中建立二维正交切削有限元模型如图 1 所示，长80 μm，高 30 μm.工件材料选取美国标准的AL2024-T3511，该牌号对应中国硬铝合金牌号LY12.刀具材料选择天然单晶金刚石;刀具几何角度设置为:前角0°，后角9°.切削刃钝圆半径为60 nm.刀具和工件的初始温度为20℃，选择微切削仿真，不使用冷却液，根据金刚石和铝合金的摩擦系数范围0.06～0.13，设置摩擦系数为 0.1.图1 正交切削有限元模型2 超精密车削过程的模拟与分析设置机床的切削参数为:切削速度125.6 m/min，进给量6 μm/r，切削深度1 μm.超精密车削LY12的模拟仿真过程如图2所示，从图2中可以看出，随着刀具的切入，工件材料首先被刀具前面推挤，之后，在工件的未加工表面形成一个突起，突起逐渐增长，开始与前刀面分离，形成一个卷曲的切屑.当切削到指定的切削长度时，切屑断裂，刀具回到初始位置.金刚石切削硬铝合金LY12时将产生连续的带状切屑.2.1 超精密车削切削力分析在AdvantEdge二维仿真中可以输出主切削力和吃刀抗力.超精密切削过程中由于切削深度和进给量小，切削面积很小，切削力的数值很小.虽然金刚石车削时的切削力不大，但由于切削面积很小，单位切削力很大.如图2中的切削参数设置，当进入稳态切削时，主切削力约为0.006 6 N，吃刀抗力约为 0.0012N，单位切削力可达1 100 MPa.切削过程中输出的切削力如图3所示.2.2 超精密车削切削温度分析在AdvantEdge二维仿真中可以输出全部切削过程的切削温度，如图2所示.从图2的温度输出可以看出，在全部切削过程中切削温度不高，仅为25℃左右，略高于初始温度20℃.同时，最高切削温度集中在第一变形区，而不是位于刀具和工件接触的区域.这主要是由于金刚石切削硬铝合金时，切削面积小，摩擦系数小，切削过程中产生的切削热少，而同时金刚石具有较高的热导率，铝合金本身的导热系数也较大，因此，金刚石切削铝合金时切削温度较低.图2 LY12铝合金超精密切削过程仿真图3 切削力输出2.3 超精密车削已加工表面残余应力的数值模拟工件已加工表面的残余应力是指产生应力的各种因素不复存在时，在物体内部依然存在并自身保持着平衡的应力.残余应力成因可以归结为机械应力引起的塑性变形，热应力引起的塑性变形和相变引起的体积变化.由金刚石切削硬铝合金的仿真分析可知，切削温度远远达不到铝合金的相变温度，切削产生的热应力远未超过金属材料的屈服极限，表层将不会因为热应力而引起塑性变形.残余应力产生的主导因素应该为机械应力，由仿真分析可知，金刚石切削硬铝合金时，单位切削力很大.机械效应在已加工表面引起塑性变形的主要原因是由于刀具的钝圆以及后刀面对已加工表面产生的挤压和摩擦作用.金属表层的塑性变形过程是在里层金属处于弹性变形的情况下发生的.如果里层的弹性变形是压缩变形，则在表层产生残余拉应力;如果里层的弹性变形是拉伸变形，则在表层产生残余压应力.参数设置同图2，提取超精密切削仿真过程的塑性应变图，如图4所示，可以看出，在金刚石切削铝合金的过程中，塑性应变最大值发生在刀具与工件的接触区域，而并不发生在切削温度最高的第一变形区.由此可知，机械效应引起的塑性变形是已加工表面产生残余应力的主要原因.提取切削过程中的最大主应力云图，如图5所示.由云图分析可知，在切削区域，已加工表面里层的金属受到拉应力，处于拉伸状态，则在金属表层将产生残余压应力.在有限元仿真中，工件表面的残余应力一般是指刀具从加工表面移开，工件冷却到室温，工件上存在的应力.仿真中得到残余应力要经过4个阶段，即切削加工阶段、卸载阶段、约束转换阶段和冷却阶段［13-14］.其中的卸载阶段和冷却阶段主要是去除切削力和切削热对工件应力、应变分布的影响.图2(d)切屑断裂，刀具回到初始位置，这一过程与卸载和冷却阶段相对应，在这一阶段提取的残余应力是消除了切削力和切削热影响的工件表面残余应力;而切削达到稳定后，没有卸载和冷却前，也可以提取已加工表面的残余应力，此时的残余应力没有消除切削力和切削热的影响，可以反映稳定切削过程中已加工表面残余应力的状况.图6是金刚石车削硬铝合金达到稳定后提取的表面残余应力.可以看到工件表层存在最大残余压应力，而且压应力随着距表层距离加大而逐渐变小.因此，进一步证明，金刚石切削铝合金时，机械应力是形成已加工表面残余应力的主导因素;同时在切削过程中，已加工表面产生的是压应力.图4 切削过程中的塑性应变图5 切削过程中的最大主应力图6 切削过程中提取的残余应力3 切削参数对残余应力的影响分析设置正交切削仿真参数，改变切削参数，提取切屑断裂、刀具回到初始位置时工件表面的残余应力，得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律及其分布图［15］.3.1 切削深度对残余应力的影响设定切削速度 125.6 m/min，进给量6 μm/r，切削深度分别为1、5、8 μm，工件已加工表面残余应力的分布情况如图7所示.图7 切削深度对表面残余应力的影响固定切削速度和进给量，通过有限元仿真可知，切削深度增大，切削温度升高，切削力增大.由图7可知，工件表面冷却、卸载后，工件表层存在残余压应力，表层的残余压应力值随着切削深度的增加而变大.残余应力的分布随着距表面距离的加大，应力性质由压应力转化为拉应力，随着距表面距离继续加大，残余应力的绝对数值逐渐减小.其中，切深为1 μm时，残余应力的影响深度较小，约在距表层10 μm以内;切深变大时，影响深度明显变大.3.2 切削速度对残余应力的影响设定进给量6 μm/r，切削深度为3 μm，切削速度分别为 62.4、94.2、188.4m/min，工件已加工表面残余应力的分布情况如图8所示.图8 切削速度对已加工表面残余应力的影响固定进给量和切削深度，增大切削速度，切削温度增加，切削力随切削速度的增加变化不大.从图8可看出，工件表面冷却、卸载后，表层存在残余压应力.采用不同的切削速度进行超精密车削，随着切削速度的增大，表层的残余压应力有减小趋势.另外，残余应力随着距表面距离的加大，应力性质由压应力转化为拉应力，随着距表面距离继续加大，残余应力的绝对数值逐渐减小.并且，不同切削速度其转化规律基本一致.4 超精密车削残余应力的试验研究切削机床为实验室自行设计制造的超精密金刚石车削机床，刀具选用英国Contour Tools公司制造的天然单晶金刚石刀具，刀具前角为0°，后角为9°.实验样件材料为国产的2A12.样件采用端面切削.切削前，选用PCD刀具，在一定的切削参数下进行端面平整，然后，对切削样件进行去应力退火的热处理，最后，选用不同的切削深度对样件进行超精密车削，得到镜面.使用XSTRESS ROBOT应力分析仪，采用X射线应力测定方法，测量样件的残余应力.该仪器所测应力为二维平面应力，测量深度为10 μm以内.残余应力的测试如图9所示.图9 残余应力测试设定机床切削速度为125.6 m/min，进给量为6 μm/r，切削深度分别为 1、3、5、8、10 μm，工件已加工表面残余应力的检测结果如图10所示.设定进给量6 μm/r，切削深度为3 μm，切削速度分别为 31.4、 62.4、 94.2、125.6、188.4 m/min，工件已加工表面残余应力的检测结果如图11所示.从图10和图11残余应力的检测结果可以看出，采用不同的切削深度或切削速度，工件已加工表面残余应力的测量值都为负，说明加工表面存在残余压应力.工件表面的压应力随着切削深度的增加有增加的趋势，另外，切削深度为1 μm时，已加工表面残余应力明显减小.对比图10和图11，切削深度的改变对表面残余应力的影响比切削速度的改变对表面残余应力的影响要大.与上述有限元仿真的结果是一致的.同时，有限元仿真因为能显示残余应力距表面深度的分布情况，对切削试验是一个有力的补充.实验与仿真数值上的偏差与加工材料、工件的初始残余应力以及检测误差有关.另外，笔者认为在有限元仿真中，提取的残余应力消除了切削力和切削热的影响，与实际存在差异，仿真只能定性说明切削参数对残余应力的影响. 图10 切削深度对残余应力的影响图11 切削速度对残余应力的影响5 结论1)采用AdvantEdge对微米级切削深度的超精密车削过程进行了模拟，仿真结果表明采用金刚石刀具车削硬铝合金，切削温度较低，切削力很小，但单位切削力大.切削力是已加工表面产生残余应力的主导因素，已加工表面将产生残余压应力.2)通过有限元仿真，得到了切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.切削深度增大，切削温度升高，切削力增大.表面残余压应力随着切削深度的增大而变大，应力性质由压应力转化为拉应力.随着距表面距离继续加大，残余应力的绝对值逐渐减小.在10 μm以内的超精密车削中，切削深度对已加工表面残余应力有明显影响.切削速度增大，切削温度增加，切削力随切削速度的增加变化不大，表面残余压应力有减小趋势.切削速度对表面残余应力的影响比切削深度对表面残余应力的影响要小.3)针对切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响进行了车削实验和应力检测.检测结果在一定程度上验证了有限元仿真的结论，二者相结合，为超精密车削表面残余应力的控制打下一定基础.参考文献［1］BENMOUSSA N，SIDHOM H，BRAHAM 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Manufacture，2005，45(2):131-136.［8］ JACOBSON M.Surface integrity of hard-turned M50 steel［J］.Journal of Engineering Manufacture，2002，216(1):47-54.［9］ SASAHARA H，OBIKAWA T， SHIRAKASHI T.Prediction model of surface residual stress within a machined surface by combining two orthogonal plane models［J］.International Journal of Machine Tools and Manufacture，2004，44(7/8):815-822.［10］YAN Jiwang，ZHAO Hongwei，KURIYAGAWA T.Effects of tool edge radius on ductile machining of silicon:an investigation by FEM［J］.Semiconductor Science and Technology，2009，24:1-11.［11］NG C K，MELKOTE S N，RAHMAX M，et al.Experimental study of micro-and nano-scale cutting of aluminum 7075-T6［J］.International Journal of Machine Tools＆ Manufacture，2006，46:929-932.［12］赵云琨.钛合金金刚石精密切削表面质量研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2013.［13］王神洲，徐人平，郭淼.LY12硬铝合金高速切削加工残余应力的研究［J］.机械设计与制造工程，2011，40(10):33-37.［14］孙雅洲，刘海涛，卢泽生.基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究［J］.机械工程学报，2011，47(1):187-193.［15］LIN Z C，LAI W L，LIN H Y，et al.The study of ultraprecision machining and residual stress for NiP alloy with different cutting speeds and depth of cut［J］.Journal of Materials Processing Technology，2000，97:200-210.。
切削加工过程与残余应力仿真研究
切削加工过程与残余应力仿真研究切削加工是工程制造中常见的一种加工方法，它通过切削刀具对工件进行切削，以达到加工所需形状和尺寸的目的。
在切削加工过程中，会受到各种力的作用，这些力会引起工件表面和内部残余应力的产生。
残余应力是指在工件加工过程中留下来的一种内部应力，它可能对工件的性能和稳定性产生影响。
研究切削加工过程与残余应力之间的关系，对于提高加工质量和工件性能具有重要意义。
一、切削加工过程切削加工是通过切削刀具对工件进行材料去除和成形的过程。
在切削加工中，切削刀具对工件施加切削力，将工件材料从工件表面削除，形成所需的几何形状和尺寸。
切削过程中，切削刀具和工件之间的相对运动不断产生热量，加工区温度升高，切屑形成和切削力的产生也就随之而来。
切削过程中，材料的变形、断裂和磨损状况会直接影响切削加工的质量和效率。
切削加工的过程可分为粗加工和精加工两个阶段。
粗加工主要是为了去除工件上的多余材料，将工件形状和尺寸加工至接近要求值，粗糙度较大。
而精加工则是在已经做好的基础上，继续加工使其达到更加精密的形状和尺寸要求。
切削加工的过程不仅会引起工件表面和内部的变形、温度升高，还会在加工过程中产生残余应力，如果这些应力不能得到合理的释放和调整，会对工件的使用性能和稳定性产生不利影响。
二、残余应力仿真研究残余应力实际上是指在工件加工完毕之后，由于内部材料组织的非均匀性、相变和热量的不均匀分布等原因，工件内部产生的一种应力状态。
残余应力的存在将导致工件在使用过程中产生变形、开裂和疲劳等问题，因此对残余应力的研究具有极其重要的意义。
残余应力仿真研究是利用计算机模拟的方法，对切削加工过程中产生的残余应力进行分析和预测。
这种方法通过建立加工过程的数值模型，结合材料的力学性质和热物性参数，模拟加工过程中工件表面和内部的变形和应力分布，从而得到残余应力的大小和分布规律。
残余应力仿真研究的主要步骤包括：首先建立切削加工的数值模型，包括工件、刀具、切削参数等的几何和物理特性；然后设置材料的本构模型和热物性参数，以及数值仿真的边界条件和初始条件；接着通过数值计算的方法，对切削加工过程中工件的变形和应力进行仿真计算，得到残余应力的分布规律；对仿真结果进行分析和评价，为减小残余应力提出相应的措施和方法。
高速列车制动盘残余应力数值仿真及试验验证
高速列车制动盘残余应力数值仿真及试验验证李继山;韩晓辉;范荣巍【摘要】通过建立极坐标下热应力平衡方程,求解得到制动盘热应力表达式;采用有限元分析法对初速度为270km/h的高速列车合金锻钢制动盘紧急制动工况后的残余应力进行数值模拟分析.结果表明,较大的残余拉应力分布在摩擦面上,随厚度方向逐渐减小,最大残余应力值542 MPa,且在摩擦环内应力分布并不均匀.用X射线应力测定仪对制动盘摩擦环的残余应力进行测定,试验测得最大残余应力值为348.4 MPa.仿真结果和试验结果相差35.7%,结果虽相差较大,但变化趋势基本一致,且合乎实际.理论仿真结果能直接用于制动盘疲劳裂纹扩展评定和寿命预测.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2010(030)006【总页数】4页(P8-10,85)【关键词】制动盘;残余应力;数值仿真;试验研究【作者】李继山;韩晓辉;范荣巍【作者单位】中国铁道科学研究院,机车车辆研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院,机车车辆研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院,机车车辆研究所,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】U292.91+4材料具有热胀冷缩特性,在温度作用下会产生体积变化,产生热应变。
当构件的热应变受到约束不能自由发展时,就会产生热应力。
由非均匀的温度分布即温度梯度产生的热应力最为常见,而材料的机械性能如弹性模量、泊松比、屈服应力、热胀系数等往往随温度变化,也会影响到结构应力分析结果[1]。
实施紧急制动时,巨大的动能转化为热能,制动盘表面温度急剧升高,温度的快速改变使制动盘每一部分都将发生膨胀或收缩。
由于制动热量短时间内主要集中在制动盘表面,使得制动盘表面和芯部存在较大的温度差,从而导致制动盘盘体内产生很大的热应力,同时,制动盘局部范围达到金属相变温度,金属发生相变,产生了相变应力。
制动盘上的热应力、相变应力以及各种机械应力等共同作用的结果构成了残余应力。
纯铁车削加工残余应力的仿真模型
纯铁车削加工残余应力的仿真模型娄忠波; 闫舒洋; 孙玉文【期刊名称】《《机械工程师》》【年(卷),期】2019(000)010【总页数】4页(P28-31)【关键词】车削; 残余应力; 纯铁; 仿真模型【作者】娄忠波; 闫舒洋; 孙玉文【作者单位】大连理工大学机械工程学院辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TP391.70 引言纯铁材料具有优良的塑性、冲击韧性和电磁性能[1]，广泛用于航空仪器仪表、加速器等产品中关键零部件的制造[2]。
该类零件不仅要求极高的尺寸精度，还要求优良的表面质量。
然而纯铁材料作为典型的高塑性、高韧性类难加工材料，加工后工件表面呈现较大的残余拉应力，加工硬化严重，表面材料发生严重的塑性流动并有积屑瘤等缺陷[3]，对零件的表面质量造成不利影响，从而影响纯铁零件的使用性能和疲劳寿命。
加工残余应力是衡量加工表面质量的一个重要指标，研究纯铁材料车削加工残余应力，并建立加工残余应力的预测模型，有利于提高纯铁零件的加工工艺水平。
预测加工残余应力的模型主要有经验模型[4]、解析模型[5]和有限元模型[6]。
经验模型的建立需要花费大量的经费和时间，而解析模型由于引入了大量的假设，预测精度有限，两者均不适用于工业生产。
有限元模型是通过切削仿真来预测加工残余应力，是目前应用最广泛的模型。
然而有限元模型最大的问题是低效，这限制了其在工业上的应用。
为了降低有限元仿真的计算时间，F.Valiorgue[7-8]提出了基于等效热力载荷的有限元模型，A.Mondelin[9]和A.Rami[10]应用该模型分别预测了15-5PH钢和4140钢车削加工产生的残余应力。
该方法用等效热力载荷代替刀具对加工表面的作用，避免了切削仿真中存在的网格畸变、切屑分离准则等建模问题，可以有效降低计算时间。
本文应用基于等效热力载荷的有限元模型预测纯铁车削加工残余应力。
首先通过解析建模和切削力、切削温度测试等实验确定了纯铁加工过程中的等效热力载荷，然后利用有限元模型仿真等效热力载荷对已加工表面的作用，以实现加工残余应力的预测，最后通过实验证明该模型能准确预测纯铁材料车削加工残余应力。
残余应力变形仿真方法
残余应力变形仿真方法我折腾了好久这残余应力变形仿真方法，总算找到点门道。
说实话，刚开始的时候我完全是一头雾水。
我一开始就是瞎摸索。
我想着先从最基础的理论开始吧，研究那些残余应力是怎么产生的，像材料受热不均，加工过程中的切削力之类的情况。
我看了一堆理论资料，眼睛都看花了，可是到开始做仿真的时候，还是感觉无从下手。
我最开始是随便找了个软件，觉得只要是能做应力分析的肯定就行。
我就往里输入那些基本的参数，什么材料的弹性模量啊、泊松比之类的。
可是结果一出来，那是完全不对，整个变形的趋势都和实际应该发生的差了十万八千里。
我后来仔细想，这就好比做菜，我只是把原料一股脑扔锅里，但是不知道什么顺序，也不知道火候，肯定做不出来好菜。
后来呢，我就开始认认真真地学那个软件的使用教程。
每一个功能都仔细琢磨，这个过程可漫长了。
我当时觉得像是在走迷宫一样，很多功能就像是小岔路，一不小心就走错方向。
比如说在设定初始应力状态这个地方，我一开始就设置错了，因为没有考虑到前面加工过程的耦合影响。
这就导致后面不管我怎么调整别的参数，都得不到正确结果。
再后来我又试了其他的方法。
我知道仅仅依靠软件自带的一些标准设置是不行的。
我开始尝试自己手动调整一些网格划分的策略，把它比作是在地图上划分区域，网格分的好，我们就能更精准地掌握每个区域的应力和变形情况。
当我把网格细分在应力容易集中的区域时，结果就开始有点接近正确数据了。
还有就是在处理边界条件的时候，我之前都是按照最常规的方法去做，但是发现这样不行。
我就根据实际的工况去推测合理的边界条件。
比如说，如果是个板材，一边是固定的，那边界条件就要设置为受约束不能动，这和四周都不固定的情况完全不一样的。
对于模型简化这个环节我也有话说。
有时候为了快点看到结果，我就会过度简化模型，把一些看似不重要的小结构去掉了。
结果呢，发现这对残余应力变形的结果影响很大，就好像你本来在画一个人，把他的手去掉了，那看起来就很奇怪，而且这个人的平衡状态之类的也不对了。
汽车车轮应力测试方法的研究
汽车车轮应力测试方法的研究本文研究了汽车车轮应力测试的方法，包括静态载荷测试、动态载荷测试和疲劳寿命测试。
通过对不同测试方法的比较分析，得出了最适合汽车车轮应力测试的方法。
同时，本文还介绍了目前常用的测试设备和测试标准，为汽车车轮的设计与生产提供了重要的参考。
关键词：汽车车轮、应力测试、静态载荷测试、动态载荷测试、疲劳寿命测试引言：汽车车轮作为汽车重要的组成部分，其性能的稳定性和安全性对于汽车行驶过程中的稳定性和安全性至关重要。
因此，对汽车车轮的应力测试是汽车设计、生产和质量控制中的重要环节。
本文将介绍汽车车轮应力测试的方法和测试设备，并通过对不同测试方法的比较分析，得出最适合汽车车轮应力测试的方法。
一、静态载荷测试静态载荷测试是一种简单、直接的测试方法，用于测试汽车车轮在静止状态下承受的最大载荷。
测试时，将车轮固定在测试台上，施加不同的载荷，记录车轮的变形和承受载荷的能力。
静态载荷测试可以直接反映汽车车轮的刚度和强度，是汽车车轮应力测试中最基本的测试方法之一。
二、动态载荷测试动态载荷测试是一种模拟车辆行驶状态下的测试方法，通过模拟车辆的运动轨迹和路面条件，施加不同的载荷，测试汽车车轮在运动状态下的承受能力。
动态载荷测试可以反映汽车车轮在实际行驶过程中的承受能力，对于评估汽车车轮的性能和安全性具有重要意义。
三、疲劳寿命测试疲劳寿命测试是一种模拟汽车车轮在实际使用过程中所承受的循环载荷的测试方法。
疲劳寿命测试可以模拟汽车车轮在实际使用过程中的疲劳破坏，对于评估汽车车轮的使用寿命和安全性具有重要意义。
疲劳寿命测试需要连续施加循环载荷，记录汽车车轮的变形和破坏情况，以确定汽车车轮的疲劳寿命。
四、测试设备目前，常用的汽车车轮应力测试设备主要包括：1.万能试验机：用于静态载荷测试和疲劳寿命测试。
2.转台试验机：用于动态载荷测试。
3.疲劳试验机：用于疲劳寿命测试。
这些测试设备可以满足不同的测试需求，但需要根据具体情况选择适合的测试设备。
制动方式对机车轮残余应力的影响
制动方式对机车轮残余应力的影响何鹏;鲁松;宋小齐;黄孝卿;高德阳;谢宣;范永勤;陈刚;贾军战;张宏钧;陆波【期刊名称】《安徽工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2024(41)3【摘要】以新制外径1066 mm机车轮和磨耗到限机车轮(磨耗轮)为研究对象,使用ANSYS有限元软件建立二维弹塑性模型,对车轮制造态残余应力进行分析;使用X射线衍射法实测车轮辐板圆弧段残余应力且与模型计算结果进行比较,验证模型的有效性;在此基础上,模拟分析新轮和磨耗轮在正常制动及异常制动后的残余应力分布,评估服役过程中车轮的疲劳状态。
结果表明:除去车轮辐板机加工的影响,辐板圆弧段残余应力分布的有限元计算与实测结果趋势一致,验证了有限元模型的合理性;新轮在不同制动工况下,残余应力均未发生变化;磨耗轮在制动过程中发生塑性变形,车轮残余应力发生显著变化,塑性变形区域的径向和周向残余应力变为拉应力,且大于原始制造态残余应力;制动过程中随热输入的增大,磨耗轮踏面的周向残余拉应力区域增大,辐板的径向残余压应力增大。
因此在车轮服役后期需定期对其踏面进行检修,防止因制动带来踏面裂纹。
【总页数】7页(P287-293)【作者】何鹏;鲁松;宋小齐;黄孝卿;高德阳;谢宣;范永勤;陈刚;贾军战;张宏钧;陆波【作者单位】中国铁路兰州局集团有限公司;宝武集团马钢轨交材料科技有限公司【正文语种】中文【中图分类】U211.4;TB31【相关文献】1.踏面制动引起的整轧车轮轮辆残余应力及其对车轮...2.整轧车轮的残余应力及其对车轮破损的影响3.车轮、制动盘残余静不平衡量对轮对动平衡的影响4.不同热流加载方式下车轮踏面制动温度和应力场模拟分析*5.制动残余应力对高速列车车轮多轴疲劳的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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图 6 2 E 点处应变值的 变化 T he st rain chang es at t he point 2 E
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塑性工程学报
第 16 卷
来计算周向应力。可以看出 , 实测值和仿真值的大小 相近, 测得应变值的变化规律也基本一致, 证明仿真 试验能很好的对工程锯切试验进行模拟计算。
4
结
论
1) 本文建立的模型能够正确的反映车轮残余应 力测试的锯切过程, 在实际测试与仿真过程中, 车 轮的残余应力 / 应变的变化规律一致, 可见仿真模型 能很好地对锯切试验进行模拟分析。 2) 两 种 方 法计 算 出踏 面 处 残余 应 力 分别 是 - 157 6MP a、 - 155 6MP a。残 余应 力深 度分 别为 45 5mm 、 47 6mm , 误差仅为 4 6% 。证明 残余应 力的测试方法准确和可靠。 3) 可以采用锯切仿真分析研究残余应力测试方
图1
车轮切割操作示意图
a) 第一步 ; b) 第二步 ; c) 第三步
Fig 1 T he schematic diag rams o f saw cutt ing o per ation
2
锯切过程的仿真模型
有限元仿真分析车轮径向锯切过程, 可通过生
死单元功能实现, 使锯缝单元的自由度从总体刚度 矩阵中消失。 M SC Marc 中的生死单元可以真实地 模拟整个锯切过程, 跟踪分析整个锯切过程中各个 部位的位移和应力状态。模型中设置 5 个工况 , 模 拟计算锯切过程中的 5 次锯切 , 每一工况中都需定 义该期的死单元( Deact ive Element ) , 上一工况的计 算结果将作为下一工况的初始状态 。 2 1 弹塑性力学模型 计算中涉及的非线性问题属于材料非线性问题 , 采用弹塑性材料模型。车轮在锯切过程中 , 整体发 生了弹塑性变形, 根据 P randt l Reuss 增量理论整体 增量应变表示为 式中 d
e [ 7] [ 6]
视热处理结束后的残余应力为车轮生产过程中 的最终残余应力, 热处理过程仿真模拟结果作为本 次分析的初始条件 ( 见图 4 所示 ) , 主要取其应力状 态参与本次锯切仿真试验分析。车轮轮辋的外部为
d = d e+ d 弹性应变
p
( 1)
第6期
王广科 等 : 车轮残余应力测试的仿真分析
[ 3]
火车车轮踏面下通常需要存在一定深度的残余 压应力, 其作用是阻碍裂纹的形成及扩展 , 从而极 大地延缓疲劳裂纹的形成, 延长车轮的使用寿命[ 1] 。 残余应力的大小和分布深度 , 是车轮必须达到的一 个重要质量指标。国外关于车轮产品要求的标准中 , 对此都制定有严格的规定。同时, 通过对车轮残余 应力的测试可以及时了解车轮的质量情况 , 进而为 热处理工艺参数控制提供依据。我国铁路车轮标准 中 , 对车轮也规定了踏面必须为压应力的要求 , 常 用径向切缝收缩量的大小作为周向残余应力的指标。
图7 Fig 7 2L 点处应变 值的变化
法。本文所建立的模型和研究方法为此提供了借鉴。 参考文献
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] 沈晓辉 , 赵亚琼 , 安 涛等 . 热处 理工 艺对 车轮残 余应 力 的影响 [ J] . 钢铁 , 2007. 10: 68 71 安涛 , 王成永 , 李怀 明 . 我国车 轮轮 箍的 质量现 状和 发 展 [ J] . 中国冶金 , 1998. ( 2) : 28 31 EN113262. Railway applicatio ns Wheelsets and bog ies Wheels P roduct r equir e ments[ S] : appendix C 安涛 , 沈晓辉 , 章静 , 阎军 . 车轮热处理过 程中残余应 力 的分析 [ J] . 重型机械 , 2007. ( 2) : 47 E F R ybicki, J R Shadely , W S Shealy. A consistent splitting model fo r ex peri mental residual str ess analy sis[ J] , Ex perimental M echanics, 1983. ( 12) : 438 446 [ 6] [ 7] 陈 火红 , 于 军泉 , 席源 山 . M SC. M ar c/ M entat 2003 基 础与应用实例 [ M ] . 北京 : 科学出版社 , 2004 陈明祥 . 弹塑性力 学 [ M ] . 北京 : 科学出 版社 , 2007: 61 68
王广科1
沈晓辉2
章 静4
243000)
( 马鞍山钢铁股份公司车轮分公司 , 马鞍山
摘
阎 安
军5 涛3
要 : 采用商用有限元软件 M SC M arc 分析车轮残余 应力测 试试验的 整个锯 切试验 过程 , 分析 了锯切 中每个 测
试点的应力、应变变化情况。通过比较仿真结果与工程试验测试结果 , 说明车 轮锯切 试验测 试残余 应力的 可靠性。 锯切的仿真分析为进一步研究车轮残余应力测 试方法奠定了基础。 关键词 : 车轮 ; 残余应力测试 ; 锯切法 ; 仿真 中图分类号 : U 260 331+ 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 2012 ( 2009) 06 0131 04
引
言
但切缝收缩量不但受残余应力的影响 , 轮型及尺寸 对其也有较大影响。因此该方法仍是无法直接标识 残余应力的大小, 得出的指标在不同轮型之间的可 比性较差 , 因而, 对车轮残余应力测定方法的研究 显得非常必要[ 2] 。目前, 对车轮残余应力测试方法 的研究较少 , 欧洲标准 EN113262 铁 路规范 轮 对和转向架 车轮 产品要求! 中推荐了破坏性车 轮残余应力测试方法 , 其测试过程不但繁琐复杂, 而且是假定为车轮轮辋踏面下的周向残余应力随深 度线性变化, 与文献[ 4] 所研究的结果不相符合。本 文对该测试方法进行了仿真分析, 以期掌握车轮残 余应力测试的锯切试验过程中, 车轮的应力 / 应变的 变化规律 , 为继续研究测试车轮残余应力奠定基础。
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周向残余压应力 , 内部为残余拉应力。取车轮截面 进行二维热处理模拟分析 , 此时坐标 为直角坐标 , x 为轴 向, y 为 径向, z 为周向。为便于 结果的观 察 , 在扩展成三维时要进行坐标转换, 把直角坐标 转换为柱状坐标。具体转换为以 ( 0, 0, 0) 为中心点 , ( 0, 0, 1) 方向为径向, ( 0, 1, 0) 方向为周向, ( 1, 0, 0) 方 向为轴向。
图 4 热处理后车轮残余应力状态分布
a) 轴向 ; b) 径向 ; 可以忽略不计, 因 此可以简化为平面问题 , 在此处可用平面应变的知识
Fig 4 Residual stress distributio n o f railw ay wheel after heat treatment
图 5 1 点处应变值的变化 F ig 5 T he st rain chang es at the point 1
图 6、图 7 分别为图 1 中 2E 、2L 处的应变变化 图, 由 2E 点、2L 点处锯切测试值与锯切仿真模拟 计算值的比较可以看出, 在这些点处 , 每一刀切割 后释放的应变值相近 , 而且应变值的变化规律也一 致。只不过仿真分析是在理想状态下进行, 无外界环 境的干扰 , 故释放会更充分。这两点主要考虑周向应
Simulation analysis on the process of residual stress measurement for railway wheel
W AN G Guang ke1 SH EN X iao hui2 A N T ao3 ( M aanshan Ir on and Steel Company Railwa y Wheel & T y re Co , M aanshan 243000 China) Abstract: T he saw cutting test pro cess is simulated w ith the finite element commercial softw are M SC M arc. T he v ariat ions o f the stress and strain conditio n at each test po int during t he saw cutting pr ocess are studied. Compariso n between FEM simulated r esult s and eng ineer ing test r esults show s that to measure residual stress by saw cutting test is feasible and reliable. T he r esults of simulatio n analy sis lay a go od foundatio n fo r further study on measur ing t he r esidual str ess o f railw ay w heel. Key words: railway wheel; r esidual st ress t est; saw cutting ; simulatio n ZH AN G Jing 4 YA N Jun 5 ( Scho ol of M ater ial Science and Eng ineering , A nhui U niver sity o f T echno log y, M aanshan 243002 China)
王广科 士研究生 收稿日期 : 2009 03 03; 修订日期 : 2009 04 25 E mail: w ang gk101011@ 126 com
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残余应力的锯切测试