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液压胀形汽车桥壳的无限次分析

发布于:2019-06-02 21:57
无限次分析

      汽车桥壳是几何形状较为复杂的壳体类零件,它承受汽车质量、路面反作用力和力矩,应有足够的强度和刚度,并且质量要小。用液压胀形方法成形汽车桥壳是一种新工艺,近年来受到普遍重视。它是指选择适当的管坯,首先进行推压缩径将其端部直径减至零件图要求,然后进行轴向压缩复合液压胀形将中间部分扩张成形。但是液压胀形桥壳的基本性能如何,尤其是其强度如何,尚没有成熟的理论论证。在试验的基础上,考虑桥壳成形过程中的硬化,利用大型无限次分析软件ANSYS定量地分析液压胀形桥壳的静强度和疲劳寿命。
      理论研究及生产实践表明,桥壳的危险截面位于钢板弹簧座附近,对于液压胀形桥壳,该处在3次缩径后已成形并得到了硬化。因此在分析桥壳强度时,可以只考虑3次缩径之后桥壳材料的特性。    针对桥壳缩径工艺进行小批量生产试验。管坯按0.75撒型货车桥壳尺寸1/2进行设计,试验中选用壁厚为3mm的冷拔10号无缝钢管,通过3次缩径使两端直径依次减小到37,33,30mm管坯初始长度为293.5mm,中间长度为160mm的部分不进行缩径。原始管坯及每次缩径后的管坯见图。在管坯均匀缩径部分,截取高度H30mm的圆管试件。将初始管坯及每次缩径后的管坯试件依次编号为0001,1001, 2001,3001,每组至少取3个试样,试件的几何尺寸见表。试件在JL-WAW 60型液压机上进行压缩,原始管坯及每次缩径试件的应力-应变曲线。由压缩试验结果可知:经3次缩径后,试件的屈服强度由初始的302.5MPa依次提高到466.3,503.8,538MPa,比初始屈服强度依次提高54.150、66.550、77.950。第一次缩径后材料硬化约占总硬化程度的86.62。由桥壳材料硬化规律可知后继工序对桥壳性能影响很小,在满足工艺要求下可减少工序并一次缩径成形。
      对桥壳缩径过程进行数值模拟,分析缩径部分管坯的应力变化。将每次缩径后管坯的等效应力均值与试验值比较,最大误差为6.970。由于桥壳的许用弯曲应力和材料的屈服极限成正比,故在几何尺寸及载荷工况相同情况下,液压胀形桥壳许用弯曲应力比普通桥壳提高了77. 95。
      以某0.75液压胀形桥壳为例进行静强度分析。技术参数为:;轮距B-1190mm;车轮滚动半径Rr=276mm;汽车质心高度hg=450mm;板簧牛心线距车轮中心的距离b=267mm;作用于驱动桥上的静负荷6 500N;板簧中心线处桥壳断面为圆管断面,外径D-60mm,壁厚t=5.6mm;桥壳材料与A3钢相近,屈服极限s=267MPa,强度极限449MPa,单向拉伸的均匀延伸率。桥壳为左右对称结构,选取右半部分为研究对象,将驱动桥壳体局部略作简化。分析中考虑到半轴套管对桥壳的作用,模型中包括了半轴套管,将其作为桥壳的一部分,材料特性相同。   
      桥壳模型建立在两次胀形基础上,将第二次胀形的模具移出,更新模型去除其中所有应力,保留胀形之后桥壳的几何形状以及网格、材料属性等基本信息。重新施加边界条件:桥壳中部端面处施加对称约束,桥壳右端面约束所有方向的位移。当汽车通过不平路面时,以桥壳受到最大垂直动载荷工况进行强度无限次分析,根据国家标准,此种工况取动载荷系数为2.5。对载荷的作用部位,按其实际作用模式,经理论计算后分别施加到相应的结点上。


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