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轿车横梁的冲压残余应力分析弹性垫圈

玮光五金网 2022-07-29 04:12:04

轿车横梁的冲压残余应力分析

轿车横梁的冲压残余应力分析 2011年12月04日 来源: 摘 要:轿车后桥横梁采用钢板冲压成型,并在两端冲有凹坑。针对轿车后桥横梁在0.8-1.0万km可靠性强化试验后的开裂情况,采用盲孔法对冲压有不同深度凹坑的两种横梁中的残余应力进行了测试,并对残余应力的分布与变化情况进行了分析和比较。结果表明,冲压会在横梁中产生较大的残余应力,具有较深凹坑的横梁的冲压工艺优于具有较浅凹坑的横梁的冲压工艺。关键词:轿车横梁;冲压残余应力分析;盲孔法现代轿车后桥通常采用复合式后悬架焊接结构。后悬架中的横梁的横截面呈V型,是由6mm钢板冲压而成的,在V型底部有冲压凹坑,如图1所示0.8-1.0万km的可靠性强化试验表明,这种后桥在使用一段时间后,会在横梁的凹坑附近产生垂直于横梁轴线方向的裂纹。在产生裂纹的诸多因素中,由于残余应力会降低材料的抗疲劳强度、抗应力脆断与抗应力腐蚀等能力,因而,是值得重视的因素之一。研究横梁的冲压工艺对残余应力的影响,对合理地设计横梁的冲压工艺,提高制造质量,延长其使用寿命是有重要意义的。本文采用盲孔法,对用两种不同冲压工艺冲压成型的横梁(一种凹坑冲压的较深,称为横梁1;另一种凹坑冲压的较浅,称为横梁2)中的冲压残余应力进行了测试、比较和分析。

1 残余应力测试原理与方法实验使用BX120-1CG型残余应力应变花、ZDL-Ⅱ型钻孔装置和7V13数据采集仪,采用盲孔法测量残余应力。钻孔直径为1.5mm,孔深为2mm。钻孔后盲孔附近的释放应变可表示为

其中,A和B为释放系数,由实验测定。σ1和σ2为钻孔前O点的残余主应力,θ为残余主应力σ1与残余应力应变花的敏感栅1之间的夹角(逆时针旋转为正),如图2所示。

根据(1)式,对于图2所示的残余应力应变花,由敏感栅1、2、3所测得的释放应变分别为

2 横梁冲压残余应力测试结果2.1 释放系数的测定将横梁所用的板材加工成哑铃形试件,在试件上粘贴5个残余应力应变花(敏感栅1沿试件的轴线方向),其中3个粘贴在试件的轴线上,用于测定释放系数,另外2个对称粘贴在试件的两侧,用于监控加载,使试件产生单向拉伸。钻孔前、后分别将试件安装到万能试验机上,重复加载σ<σs/3,测量3次,根据3个点的释放应变按(5)式分别求得释放系数,取其平均值为,作为释放系数的最终测定值。释放系数的分组值如表1所列。

研究表明,当用上述释放系数计算出的σ1,(或σ2)>σs/3(对于单向应力状态)、σ1(或σs )>σs/2(对于双向应力状态)时,由于在释放应变中含有塑性应变,因此,必须对释放系数进行修正,以消除塑性应变引起的测量误差。根据所测定的释放系数与文献[6]中的分级值,通过线性插值,可以得到表1所列的释放系数分级值。2.2 测点的布置根据轿车的可靠性强化试验结果,横梁中的裂纹发生在凹坑附近,裂纹面垂直于横梁的轴线方向(x方向)。为了研究横梁中的冲压残余应力在开裂处附近的分布情况,考虑到各测点之间应有一定的距离,利用结构的对称性,分别在两种横梁外侧凹坑附近布置了7个测点,如图1和图3、图4所示,其中测点①位于横梁的V型底部。

2.3 测试结果钻孔时,在测点附近会产生附加应变。研究表明,附加应变与释放应变呈如下关系

在计算残余应力时,按(6)式从所测得的释放应变中扣除钻孔时引起的附加应变。先用表1中的1级释放系数,按(3)式和(4)式计算出各测点的残余主应力σ1和σ2及其方向θ,对于σ1或σ2大于190MPa的点,用表1中的释放系数分级值按(3)式重新计算σ1和σ2。为了便于研究冲压残余应力对开裂的影响,将残余主应力转换成沿横梁x和y方向的残余应力σx,σy和τxy测试结果如图5~图10所示。

由图5-10可以看出,冲压在横梁中会产生较大的残余应力。两种横梁中的冲压残余应力分布与变化趋势基本相同,σxmax均发生在横梁的V型底部,在裂纹产生处(x=0处),两种横梁中的冲压残余应力σx,σy和τxy基本相等,而σx相差较大,横梁1的σx=-85MPa,横梁2的σx=49MPa。3 结束语(1)冲压会在横梁中产生较大的残余应力。(2)在裂纹产生处,两种横梁中垂直于裂纹面的冲压残余应力σx相差较大,由于横梁1的σx=-85MPa,为压应力,对抑制裂纹的产生与扩展有利,因此,横梁1的冲压工艺比横梁2的好,这与轿车的可靠性强化试验结果吻合。参考文献:[1]胡奈赛,张定锉,何家文残余应力对材料疲劳性能影响的某些进展[J]机械强度,1990, 12(1):18-22[2]孙兰英焊接板材毛坯冲压成形中残余应力的测试与分析[J]河北科技大学学报,2000,21(1):69- 72[3]阿弗里尔J实验应力分析手册[M]陈棣华译北京:机械工业出版社,1985.477- 498[4]孙明如钢管对接焊接头残余应力研究[J]合肥工业大学学报(自然科学版), 1999, 22(增刊):130- 133[5]张如一,沈观林,李朝弟应变测试与传感器[M]北京:清华大学出版社,1999. 148- 149[6]黄蓝林焊接应力测量中A.B系数分级应用的研究[A]中国机械工程学会焊接分会中国机械工程学会焊接学会第6届全国焊接学术会议论文选集[C]西安:西安交通大学出版社,1990. 4- 25[7]王世中,欧阳宇平钻孔法测量残余应力过程中钻孔附加应变[J]实验力学,1990, 5(3):336- 34018 1陈怀宁,陈亮山,董秀中盲孔法测量残余应力的钻削加工应变[J]焊接学报,1994, 15(4):276- 279(end)

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