变速器壳体疲 ANSYSWorkbench疲劳分析:  升降安装车出租, 高明升降安装车出租, 高明升降安装车租赁  模块介绍ANSYSWorkbench用在产品设计阶段，可在物理样机制造之前进行疲劳分析和优化设计，真实的预测产品的寿命，实现等寿命周期设计。变速器壳体在设计阶段的耐久性分析，不仅可以极大地缩短研发时间、提高产品可靠性，而且也极大地降低了变速器制造和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用。ANSYSWorkbench中的疲劳计算是通过“FatigueTool”来完成的。具体按以下步骤来分析： ①建立疲劳分析模型疲劳分析模型是建立在有限元模型的基础上，对于有限元模型的建立前面已经说明，这里不再赘述，建立了有限元模型之后，根据材料的特性，添加材料的S-N曲线，就可以得到疲劳分析模型。②设定需要的结果疲劳分析的目的是为了了解研究对象的疲劳寿命、安全系数、损伤、等效交变应力等参数，但是因为研究目的的不同，对于需要的参数也不同，所以分析者需要根据自己的研究目的，关心的要素进行设定。③求解模型“FatigueTool”模块的模型求解，是在应力分析计算完成后进行的，它是以应力分析的结果作为模型的载荷，通过选择不同的载荷类型，对应力进行修正来接近模型的实际工况，然后进行计算。④查看结果疲劳分析的结果呈现有三种方式，分别是云图、曲线图和矩阵。像安全系数、寿命等大部分的参数是以云图显示；曲线图主要是显示疲劳的敏感性；矩阵主要包括雨流矩阵和损伤矩阵。

      通过对变速器在I档和倒挡工况下的强度分析，并通过位移云图和应力云图的对比，发现I档工况下的变形和最大应力值都大于倒挡工况下的，变速器壳体在I档工况下受载更加恶劣，所以变速器壳体的疲劳分析以I档工况为条件进行计算；而且，通过第四章的强度分析，得到壳体的强度满足设计要求，这不仅为疲劳分析提供了数据基础，而且也排除了疲劳分析中壳体由于强度不足引起的破坏。

      变速器壳体疲劳寿命预测参数设定（1）获取疲劳寿命曲线S-N曲线，通常又称wholer曲线，它是反映材料所承受的应力幅水平与该应力幅下发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数的关系曲线。为了估算结构的疲劳寿命，需要建立载荷与疲劳寿命之间的关系。它反映了材料的疲劳性能，是应力疲劳分析的基础，是预测变速器壳体疲劳寿命所必需的材料参数。一般应力水平较低时，材料的疲劳寿命较长，应力水平较高时，材料的疲劳寿命较短。大量试验数据表明，应力水平与材料的疲劳寿命并不是成简单线性关系，而是大致呈现S型的曲线关系。一条简化的S-N曲线，其主要可分成低周疲劳区(LCF)、高周疲劳区(HCF)、亚疲劳区(SF)三段。在静载作用下的疲劳强度为抗拉强度bS，循环次数为7610~10时对应的疲劳强度为疲劳极限fS，S-N曲线在高周疲劳区的对数坐标中近似是一条直线。bSNSfSmaxSLCFHCFSF104N7610图5.4简化S-N曲线当前国内外很多学者对材料疲劳曲线进行了研究，给出了S-N曲线常用的数学表达式如下：（1）指数函数公式：CNems用对数表达为：lgbSNm中，m、C为材料常数，如果以寿命取对数作为横轴，应力幅取对数作为纵轴，画出的图形是一条直线，即S与lgN呈线性关系，通常称这种关系为半对数线性关系。（2）Basquin公式：bfNS)2中，f为疲劳强度系数，b为材料常数。（3）幂函数公式：53CNSm用对数表示为：lglglgCNSm中，m、C为材料常数。各国的材料标准中，大都采用幂函数式的对数表达式来表示材料的S-N曲线。将疲劳极限0S及其所对应的疲劳寿命0N代入中就会得到：lglglgCNSm00  NNmSS(00（5.8）可以看出，只要知道材料常数m、疲劳极限及对应的疲劳寿命0N就可以得到给定任意应力幅值下的循环次数。疲劳分析是基于线性静力学的，在前面已经知道，变速器壳体的材料为压铸铝，密度为33/107.2mkg，杨氏模量为109.64MPa，泊松比为0.3。通过Workbench中的材料特性，得到了压铸铝的S-N曲线。

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      （2）设定疲劳参数通过插入“Fatiguetool”模块对疲劳寿命预测所需参数进行设定。 疲劳寿命预测参数设定,  ①设定疲劳强度因子材料的S-N曲线是通过在实验室内用旋转弯曲疲劳试验机或者高频拉-压疲劳试验机对光滑标准试件进行测试而得到的，因而所测得的疲劳性能只是针对标准光滑试件而言。对于变速器壳体而言，由于尺寸、形状和表面质量与光滑试件有所不同，实验室获取的S-N曲线与实际变速器壳体的S-N曲线是有一定的差异，为了修正这种差异，引入了疲劳强度因子（FatigueStrengthFactor，Kf），综合变速器壳体的各种因素，选择疲劳强度因子为0.8。   ②设定载荷类型（LoadingType）在FatigueTool中，载荷类型可以在“Zero-Based”、“FullyReversed”、“Ratio”和“HistoryData”之间定义。轻卡在实际的工作过程中，行驶的道路是崎岖不平的，所以道路对轻卡的激励是随机的，再加上行驶过程中，驾驶员根据不同的道路情况不停地变换档位和改变车速，这些因素对变速器产生的影响都是随机的。根据变速器壳体的工作状况，载荷类型选为随机疲劳载荷。通过从外部输入一个历程数据“HistoryData”，载荷历程数据，该历程数据是厂方根据相似型号变速器实际工作路况采集的，横坐标表示时间，纵坐标为单位载荷的倍数。通过导入到分析模块中,以变速器在I档工况下所受的应力为一个单位，通过按照的随机载荷历程加载到变速器壳体上。  ③设定分析类型（AnalysisType）由于轻卡变速器壳体的疲劳属于高周疲劳，故选用应力寿命分析方法，即名义应力法，它是以变速器壳体在I档工况下的应力为基础，用雨流计数法（Rainflowcountingmethod）和Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤理论进行全寿命分析。该方法考虑到了载荷顺序和残余应力的影响，是目前预测疲劳总寿命的一种常用的方法。④设定平均应力的修正理论（MeanStressTheory）平均应力对疲劳寿命有很大的影响，特别是高周疲劳，而变速器壳体又属于高周疲劳，所以对平均应力的修正非常重要。对于平均应力的修正，工程上一般采用经验公式，ANSYSWorkbench中也提供了“SN-Goodman”、“SN-Soderberg”、“SN-Gerbera”三种平均应力修正曲线。a与m分别为应力幅和平均应力；b与s分别为材料的强度极限和屈服极限。Soderberg曲线太过于保守，主要适用于脆性材料的平均应力修正，而Gerber曲线太过于冒险，主要适用于韧性材料的平均应力修正，Goodman曲线偏保守，但是介于两者之间，而且也适用于脆性材料的平均应力修正。本文中研究的变速器壳体材料为压铸铝，铸造而成，属于脆性材料，而且为了使计算既不过于保守也不过于冒险，故选用“SN-Goodman”平均应力修正曲线对变速器壳体所受到的平均应力进行修正。

   （3）设定需要的结果: ①寿命（Life）寿命云图用于显示变速器壳体由于疲劳作用直到发生失效的循环次数。②安全系数（SafetyFactor）在安全系数中需要给定变速器壳体的设计寿命，变速器的设计主要为有限寿命设计，即在有限寿命期内的期望可靠性能够达到99%。根据厂商提供的技术指标：变速器总成的预期质保寿命为35万公里，通过折算到变速器的寿命为710个循环。 ③疲劳敏感性疲劳敏感曲线图显示的是部件的寿命随载荷的变化情况，即寿命对不同载荷的敏感性。通过疲劳敏感性模块“FatigueSensitivity”设定载荷的变化幅度为50%-150%。

      变速器壳体的疲劳寿命云图，从图中可以看出，整个变速器壳体的最小寿命为7106222.2，发生在变速器壳体后端盖螺纹口位置处，大于最小设计寿命58710，满足设计要求。最小安全系数为1.0812大于1，发生在轻卡变速器壳的后端悬挂位置螺纹孔处。安全系数是指在工程设计时，为了防止因材料的缺陷、工作的偏差、外力的突变等因素所引起的后果，使结构或部件实际能够承受的力必须大于其许用的应力，二者之比叫做安全系数，即极限应力与许用应力之比。虽然安全系数大于1，但是对于轻卡变速器工作环境恶劣，而且汽车行驶速度快，更重要的是有人的直接参与，所以，对于轻卡零部件的安全系数，仅仅大于1是不够的。根据相关的汽车标准，汽车零部件的安全系数为10—15。从图中可以看出，最小安全系数的位置在壳体的右端悬挂位置螺纹孔处，而且根据前面对变速器壳体在I档工况下的强度分析，也发现该位置处存在应力集中，所以对于变速器壳体右端悬挂位置的结构还需要修改减少应力集中。 左侧有一些绿色部分，安全系数为5—10之间，这些位置通过强度分析可以知道，为变速器壳体的薄弱位置，而安全系数又不高，虽然在疲劳寿命上满足设计要求，但是从安全系数的角度考虑，这些位置还需要加强。为变速器壳体疲劳敏感性曲线图，可以看到当载荷小于实际载荷的80%时，壳体对载荷不敏感，当载荷大于实际载荷的80%时，壳体的敏感性增强，表现为寿命的急剧下降，所以对于轻卡，超载或者不当的操作都会影响到变速器以及其他零部件的寿命。http://www.shundeyuntichechuzu.com/

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