1.一种基于改进多轴疲劳模型的曲轴疲劳极限载荷预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)选取同种材料、不同圆角结构的两款曲轴,获取曲轴自身材料的抗拉强度σb,曲轴自身材料的剪切疲劳极限t-1;其中,两款曲轴分别为第一款曲轴和第二款曲轴;
2)对第一款曲轴在疲劳极限载荷作用下的应力张量进行分析,确定临界平面,以及第一款曲轴临界平面内的最大剪切应力τnmax和最大法向应力σnmax;
3)基于曲轴疲劳强度分布,确定改进多轴疲劳模型为,
其中,τns=τnmax-τnmin=2τnmax,τns为第一款曲轴临界平面内的剪切应力幅值,τnmin为第一款曲轴临界平面内的最小剪切应力,R为曲轴临界平面的剪切应力和法向应力的应力比,Nf为曲轴构件疲劳寿命,τ’f和c都是与曲轴自身材料属性相关的常数;
4)基于第一款曲轴在疲劳极限载荷作用下时,曲轴临界平面的剪切应力和法向应力的应力比为-1,即R=-1,计算得到第一款曲轴的等效极限应力值σeq,
5)对第二款曲轴施加1000N·m的弯矩载荷,并对1000N·m载荷作用下的应力状态进行分析,确定第二款曲轴1000N·m载荷作用下的剪切应力τnmax′和法向应力σnmax′;
6)设第二款曲轴的疲劳极限载荷值为X1,对比第一曲轴的等效极限应力值σeq,得到第二款曲轴疲劳极限载荷的预测方程为,其中,τns′=2τnmax′,τns′为第二款曲轴临界平面内的剪切应力幅值;
已知步骤1)获取的曲轴自身材料的抗拉强度σb和曲轴自身材料的剪切疲劳极限t-1,步骤4)计算的第一曲轴的等效极限应力值σeq,以及步骤5)确定的第二曲轴1000N·m载荷作用下的剪切应力τnmax′和法向应力σnmax′,对第二款曲轴疲劳极限载荷的预测方程进行求解,求解得到第二款曲轴的疲劳极限载荷值。
2.根据权利要求1所述的基于改进多轴疲劳模型的曲轴疲劳极限载荷预测方法,其特征在于:所述两款曲轴均采用有限元模型曲轴。
3.根据权利要求1所述的基于改进多轴疲劳模型的曲轴疲劳极限载荷预测方法,其特征在于:所述步骤2)中确定临界平面,具体是,对第一款曲轴进行弯曲疲劳试验,第一款曲轴最大应力点的应力状态表现为对称应力状态,表达式为σmax+σmin=0,其中,σmax和σmin分别为最大和最小应力张量;
采用应变张量矩阵结合坐标系变换法确定临界平面,得到,
其中,τnsmax、τnsmin分别为剪切应力的最大值、最小值,σnsmax、σnsmin分别为法向应力的最大值、最小值,mx、my、mz分别为向量m在X轴、Y轴、Z轴方向的分量,nx、ny、nz分别为向量n在X轴、Y轴、Z轴方向的分量,T为转置。
4.根据权利要求3所述的基于改进多轴疲劳模型的曲轴疲劳极限载荷预测方法,其特征在于:所述应变张量矩阵结合坐标系变换法,具体为,假设空间之中的任意一点O,以O点为原点建立坐标系O-XYZ,设置平面Δ是空间中通过O点的任意平面,平面Δ的法向向量为n,n在O-XYZ坐标系中的投影与X轴、Z轴的夹角分别为θ和 O点的应力张量在O-XYZ坐标系中的矩阵表达形式为,其中,σ为O点的应力张量,σij为坐标(i、j)点的拉伸剪切应力;
引入坐标系O-nab,则平面Δ的法向向量n与a、b轴在O-XYZ坐标系下的表达形式分别为,对于平面Δ中,过O点的任意方向的直线m,直线m与O-nab坐标系中a轴之间的夹角为α,则沿直线m方向的向量表达为,对于平面nom内的剪切应力τns与法向应力σn,则有,
通过改变α、θ、的值,分别计算出各个平面内的剪切应力的最大值,再确定剪切应力最大所在的平面为临界平面。