[發(fā)明專利]一種車軸抗疲勞斷裂分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810015837.1
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108334666A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王玉光;李忠文;張振先;周平宇;馬利軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京元中知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 曲艷

1.一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，獲取車軸表面缺陷的形狀參數(shù)；

步驟二，構(gòu)建含有所述缺陷形狀參數(shù)信息的車軸虛擬模型；

步驟三，根據(jù)車軸虛擬模型計算至少包含缺陷最深點(diǎn)的多個取樣點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，并得到平均應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔKm；

步驟四，比較所獲取的平均應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔKm與該車軸材料的裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth的大小，若ΔKm<ΔKth，則該缺陷不會擴(kuò)展，確定為缺陷休眠；若ΔKm>ΔKth，缺陷萌生裂紋發(fā)生擴(kuò)展，則繼續(xù)執(zhí)行下一步；

步驟五，計算裂紋擴(kuò)展至斷裂尺寸所需的加載循環(huán)次數(shù)，根據(jù)加載循環(huán)次數(shù)得到車軸的剩余使用時間或剩余使用里程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于：所述步驟五包括，

第一步、根據(jù)裂紋閉合效應(yīng)，將ΔKm值擴(kuò)大n倍，其中1.1<n<1.5；

第二步、計算裂紋擴(kuò)展增量Δa，并更新車軸虛擬模型中的缺陷尺寸；

第三步、重復(fù)步驟三，重新得到平均應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔKm；

第四步、將第三步得到的ΔKm值擴(kuò)大n倍，其中1.1<n<1.5，并判斷n·ΔKm是否大于材料固有的斷裂韌性Kmat，若大于則判斷車軸已破壞；若小于則得到一次加載循環(huán)次數(shù)，并返回至第二步，循環(huán)執(zhí)行，直到滿足n·ΔKm>Kmat，計算結(jié)束，得到總的加載循環(huán)次數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于：在步驟五中，裂紋擴(kuò)展增量Δa的計算公式為：

Δa＝ΔN·da/dN

式中，

da/dN：裂紋擴(kuò)展速率；

裂紋擴(kuò)展速率計算公式如下：

式中，

a:裂紋深度；

N：疲勞載荷的循環(huán)次數(shù)；

R：應(yīng)力比；

C、n、p、q:材料常數(shù)；

f:裂紋張開系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于：所述步驟二中，構(gòu)建的車軸虛擬模型為有限元模型，具體包括，首先建立無缺陷的車軸有限元模型，然后導(dǎo)入缺陷的CAD模型，從而得到含缺陷的車軸有限元模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于：所述步驟二中，在導(dǎo)入缺陷的CAD模型時，直接進(jìn)行常應(yīng)變四面體網(wǎng)格剖分，得到含缺陷的車軸有限元模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于：所述步驟三包括，

第一步、設(shè)置裂紋計算參數(shù)，把缺陷最深點(diǎn)定義為A點(diǎn)，A點(diǎn)缺陷深度為a，缺陷寬度為c,且c的取值范圍為1.25a<c<2.5a；

第二步、通過擴(kuò)展有限元XFEM自動獲取缺陷最深點(diǎn)A處的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍；

第三步、在A點(diǎn)周圍選取多個取樣點(diǎn)，并計算平均應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔKm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于：所述步驟一中，通過無損探測設(shè)備獲取車軸表面缺陷的深度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種車軸抗疲勞斷裂分析方法，其特征在于：所述車軸為高速列車空心車軸。