基于nCode汽车后桥疲劳失效灵敏度评估方法

汽车后桥是汽车底盘的核心承力部件,其主要损伤形式是在交变载荷作用下发生疲劳失效。定量化评估汽车后桥疲劳灵敏度对于实现汽车轻量化设计,提高汽车有效使用寿命与安全性具有重要意义。首先建立汽车后桥三维有限元模型,选取最大垂向力工况进行强度计算,得出了汽车后桥的应力、应变状态。在此基础上,基于n Code DesignLife计算得出了后桥疲劳寿命与损伤值分布,通过响应面法分析了各类参数对疲劳寿命影响的灵敏度。计算表明,后桥疲劳破坏先于半轴套管处发生,弹性模量对疲劳的影响最明显,钢板弹簧座厚度次之,桥壳厚度、泊松比、桥包厚度的影响依次降低。

考虑相变诱导塑性的埋弧堆焊过程数值模拟方法研究

目的通过数值计算预测埋弧堆焊修复失效轧辊工艺过程中相变塑性应力、组织相变对堆焊效果的影响。方法利用CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)方法计算了堆焊材料温变物性参数,基于COMSOL多物理场耦合平台,对轧辊埋弧堆焊过程的瞬态温度场、马氏体相成分及相变诱导塑性(TRIP)应力演变过程进行了数值计算。结果轧辊堆焊过程的温度场分布、马氏体相变均对传热速率影响敏感。靠近基体一侧的焊缝,相比于堆焊层其传热更快,导致马氏体相变更加迅速,其相变塑性应力值呈更大的宽带分布。冷却过程中因马氏体相变使焊缝热影响区的应力值缓慢下降,焊件完全冷却后的残余应力最大值为376 MPa,马氏体相占比为94%。采用Zeiss-∑igma HD场发射扫描电镜观察了轧辊堆焊切片金相组织,验证了模型的准确性。结论该数值模拟方法能准确预测轧辊埋弧堆焊过程中塑性应力变化及组织演变规律,为减小和消除残余应力提供了有效途径与方法,且为预防轧辊堆焊层开裂等缺陷提供了一定的理论基础。

考虑相变诱导塑性下40Cr激光淬火工艺参数显著性分析

定量化揭示激光淬火过程多场耦合瞬时演变规律,进而实现40Cr激光淬火工艺参数显著性分析。基于相图计算法(CALPHAD)计算温变物性参数,建立40Cr齿轮钢激光淬火数值模型,对瞬态温度、相变以及应力分布进行数值计算,揭示相变行为与塑性应力之间的耦合作用机理。通过Axio Vert.A1显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、超景深3D显微镜和显微硬度仪进行分析。基于正交试验,分析了激光半径、激光功率、扫描速度对淬火质量的显著性影响。结果表明:影响最高温度和相变深度的显著工艺参数依次为光斑直径、扫描速度、激光功率;残余应力成“驼峰”分布,影响残余拉应力的显著工艺参数依次为光斑直径、激光功率、扫描速度。该研究为有效控制淬火残余应力,优化工艺参数提供重要理论依据。

考虑晶粒不均匀性的不锈钢激光淬火数值模拟

淬火基体中的微观晶粒不均匀性对于揭示激光淬火机理、提高淬火质量具有重要意义。基于Voronoi法建立了淬火基体的随机微晶组织模型,通过对纳米压痕实验的统计分析引入了淬火基体晶粒的不均匀性,确定了晶粒不均匀分布特性并划分了晶粒类型。由晶粒不均匀系数确定各类晶粒的材料属性。利用Python脚本程序将不同的材料属性按照概率随机赋予Voronoi元胞。建立了考虑晶粒不均匀性的SUS301L-HT不锈钢激光淬火过程热力耦合模型。计算了激光淬火温度场和热应力场,计算结果表明:晶粒不均匀性导致淬火基体应力呈现明显的不均匀性分布,基体内部相邻晶粒边界处的应力发生突变,且晶粒间的力学性能差异越大,突变现象越显著。考虑晶粒不均匀性建立的激光淬火模型为揭示激光淬火过程微观演变机理提供了一种有效方法。