1.一种淬火钢曲轴的疲劳极限载荷预测方法,其特征在于,具体步骤如下:
1)基于曲轴的结构,提取曲柄销部位的子模块建立曲轴‑线圈的三维有限元模型;
2)对曲轴‑线圈的三维有限元模型的感应加热过程进行磁热耦合数值仿真;
3)对感应加热后的曲轴‑线圈的三维有限元模型的冷却过程进行热机耦合数值仿真,获得曲轴在冷却后的残余应力应变状态;
4)采用坐标变换法对获得的曲轴在冷却后的残余应力应变状态进行分析,得到曲轴的临界平面坐标以及在临界平面坐标内的剪切应变γ、法向应变εn和法向应力σn;
5)建立曲轴的弯曲受力分析模型,并对曲轴的弯曲受力分析模型在给定1000N·m的弯矩载荷作用下的应力状态进行分析,得到曲轴在该弯矩载荷作用下的法向应变ε′n和法向应力σ′n;
6)设曲轴的预测疲劳极限载荷值为X,并对曲轴在临界平面坐标内的剪切应变γ、法向应变εn和法向应力σn以及在给定1000N·m的弯矩载荷作用下的法向应变ε′n和法向应力σ′n叠加计算求解,得到曲轴的预测疲劳极限载荷值X的具体数值;
其中,所述步骤6)中,曲轴在临界平面坐标内的剪切应变γ、法向应变εn和法向应力σn以及在给定1000N·m的弯矩载荷作用下的法向应变ε′n和法向应力σ′n叠加计算求解的表达式为:其中,γmax为临界平面内的剪切应变最大值,σ′f为材料的疲劳强度系数,τ‑1为钢曲轴选用材料的对称剪切疲劳极限,G为钢曲轴选用材料的剪切模量;
所述步骤3)中,对感应加热后的模型的冷却过程进行热机耦合数值仿真,获得曲轴在冷却后的残余应力应变状态的具体步骤为:将对经历过感应淬火加热后的曲轴采用冷却液快速冷却的结束时刻的温度场数据作为计算空气中冷却温度场的初始载荷,同时改变温度边界条件,计算得到空冷温度场的数据结果;并将空冷温度场的全部时刻温度数据作为求解残余应力场的过程载荷,最终得到感应淬火后曲轴的残余应力应变状态。
2.根据权利要求1所述的一种淬火钢曲轴的疲劳极限载荷预测方法,其特征在于,所述曲轴的材料为42Crmo调质钢。
3.根据权利要求1所述的一种淬火钢曲轴的疲劳极限载荷预测方法,其特征在于,所述步骤2)中,在对曲轴‑线圈的三维有限元模型的感应加热过程时,在感应线圈和曲轴表面的空气间隙间和感应线圈设置密集的网格。
4.根据权利要求1所述的一种淬火钢曲轴的疲劳极限载荷预测方法,其特征在于,所述步骤2)中,在对曲轴‑线圈的三维有限元模型的感应加热过程时,感应线圈固定,曲轴绕主轴中心匀速转动。