汽车车身用钢高周疲劳试验研究

摘要

疲劳破坏是工程当中非常普遍的现象，几乎是不可能完全避免的，在航空、汽车以及机械制造业中尤为突出。疲劳破坏为汽车结构和部件失效的主要形式之一，由于耐久性对汽车钢板的厚度有要求，疲劳寿命因而制约了汽车轻量化的进一步发展。汽车在日常行驶过程中，受气流、路况等外界因素的影响往往会在车身上产生循环载荷，经过长时间的作用车身部件就会产生裂纹甚至发生疲劳断裂。耐久性已经成为当前汽车设计必须考虑的性能指标之一，已经有相当多的学者从事车身钢板的疲劳特性研究，但是由于汽车种类繁多，车身钢材品种比较多，所以对车身用钢的疲劳研究并不充分，对车身常用的冲压用钢的疲劳研究尤为缺乏，基本上处于学术盲区。
　　 本文对汽车车身常用的钢材作了简要介绍，介绍了车身用钢疲劳研究的现状;对疲劳破坏的机理作了详细阐述，重点的介绍了疲劳破坏的相关理论和疲劳试验的几种常用方法，完成了车身上常用的三种钢材的高周疲劳特性研究。车身部件所承受的应力水平不高，往往经历很多次循环才会发生疲劳失效。疲劳破坏的过程基本上是发生在材料的弹性段，应力和应变成线性关系，因此采用应力-疲劳寿命关系更能恰当地描述材料的疲劳性能，而基于应力的疲劳试验是获得材料应力-疲劳寿命关系的常用试验方法。
　　 为了获得真实的材料疲劳特性，本文采用试验的方法深入研究了车身用钢的疲劳特性，按照《GBT3075-1982金属轴向疲劳试验方法》，采用一批由车身钢板直接裁切而成的矩形截面试样在INSTRON8801型电液伺服疲劳试验机上进行高周疲劳试验，试验的加载方式为轴向加载。由于试件厚度很薄加载对称循环应力很容易使试件发生弯曲失稳，试验采用非对称正弦波进行循环加载直到试件发生断裂，测得试件在不同应力水平下的循环次数即应力-疲劳寿命关系。考虑到测试的材料种类比较多，而且高周疲劳试验通常应力循环次数多，样本数过大会很大程度上增加试验成本和延长试验周期，所以采用小样本试验方法。对得到的试验数据进行平均应力修正消除平均应力对试验结果的影响，进而对试验数据进行分析计算。计算得到材料的疲劳强度，通过最小二乘线性拟合得到材料的S-N曲线。考虑存活率和置信水平，统计分析得到疲劳强度下限值和设计S-N曲线，选择最为合适的设计S-N曲线。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题来源

1．2．1 车身用软钢的疲劳破坏现象

1．2．2 研究的目的与意义

1．3 汽车车身用钢的性质和应用领域

1．3．1 车身常用钢的分类及应用

1．3．2 三种车身常用软钢的性能及应用

1．4 研究现状

1．4．1 疲劳试验方法研究现状

1．4．2 车身用钢疲劳试验研究现状

1．4．3 疲劳损伤理论研究现状

1．5 研究的内容和方法

第2章 疲劳的特点及研究方法

2．1 引言

2．2 疲劳特性及影响因素

2．2．1 疲劳特性

2．2．2 疲劳破坏机理

2．2．3 疲劳特性的影响因素

2．3 基于应力的疲劳试验

2．3．1 应力-寿命试验

2．3．2 疲劳强度试验

2．3．3 小样本量中值S-N试验法

第3章 疲劳试验

3．1 引言

3．2 试验目的

3．3 高周疲劳试验

3．3．1 试验设备

3．3．2 试样制备

3．3．3 试验的整体构思

3．3．4 试验具体过程

第4章 数据处理及疲劳寿命曲线分析

4．1 引言

4．1 应力-寿命曲线的生成

4．1．1 有限寿命区域中数据的拟合方法

4．1．2 无限寿命区域中数据的处理方法

4．1．3 三种材料的应力-寿命曲线

4．2 有限寿命区域的S-N曲线分析

4．2．1 设计S-N曲线的构建方法

4．2．2 三种材料的设计S-N曲线

4．3 疲劳强度分析

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢