Page 84 - 理化检验-物理分册2023年第十期
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袁成逸, 等: 汽车稳定杆连接杆球头销断裂原因
图4 断裂球头销的显微组织形貌
2 有限元分析
2.1 强度有限元分析
稳定杆连接杆球头销的中间倒角位置处发生断
裂, 对该位置进行分析。采用 H yp erWorks软件对
球头销倒角断裂位置附近进行高阶六面体网格划
分, 网格大小为0.3mm ; 其余部分采用高阶四面体
网格划分, 网格大小为1mm , 划分后的有限元网格
模型如图 5 所示。设置球头销的材料为 42CrMo
图7 球头销的有限元加载模型
钢, 弹性模量为212GPa , 泊松比为0.28 。
约束位置存在应力奇异的现象, 且重点关注球
头销上半部发生断裂的位置, 计算出上半部球头销
单位载荷下的应力云图( 见图8 )。
图5 球头销的有限元网格模型
对于稳定杆连接杆结构, 杆部两端连接球头销,
球头销下部与其他部件连接。对于球头销来说, 稳 图8 球头销单位载荷下的应力云图
定杆杆部相当于二力杆结构, 球头销上部受到稳定 2.2 疲劳有限元分析
杆轴向力的作用, 下部与其他部件连接处约束, 球头 采用nCodeDesi g nLife软件对稳定杆连接杆球
销的力学模型如图6所示。 头销的疲劳损伤进行分析。疲劳损伤计算载荷谱
( 见图9 ) 主要有5种工况, 5种工况均为正负两个方
向的交变载荷, 且每种工况对应一定的循环次数( 见
表2 ), 结合单位载荷下的应力结果以及球头销材料
的应力 - 寿命曲线, 对疲劳损伤进行迭代累积计算。
断裂球头销的硬度为 241HV , 正常球头销的
硬度为337HV 。按照 GB / T1172 — 1999 《 黑色金
图6 球头销的力学模型 属硬度及强度换算值》 进行换算, 断裂球头销所用材
根据上述力学模型, 对球头销进行加载及约束。 料的强度约为790MPa , 正常球头销所用材料的强
由于需要进行疲劳分析, 因此沿轴向对球头销施加 度约为1080MPa , 通过强度拟合的应力 - 寿命曲线
1N 的载荷( 见图7 ), 求得该状态下的应力。 如图10所示。
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