扭杆滚压加工仿真及疲劳寿命分析研究

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1、分类号：U266.1单位代码：10110学号：S1502028中北大学扭杆滚压加硕士学位论文工仿真及疲劳寿命分析扭杆滚压加工仿真及疲劳寿命分析研究研究高慧峰中北大硕士研究生高慧峰学指导教师吕彩琴学科专业机械工程2018年5月25日图书分类号U266.1密级非密注1UDC621.7硕士学位论文扭杆滚压加工仿真及疲劳寿命分析研究高慧峰指导教师（姓名、职称）吕彩琴教授申请学位级别工学硕士专业名称机械工程论文提交日期2018年04月20日论文答辩日期2018年05月27日学位授予日期年月日论文评阅人董志国副教授杨

2、世文教授答辩委员会主席连晋毅教授2018年5月25日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件

3、与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文扭杆滚压加工仿真及疲劳寿命分析研究摘要现阶段，在扭杆的滚压加工过程中，滚压深度、滚压速度、进给速度和滚压圈数等工艺参数主要是靠操作者积累经验，对工人技术素质及水平的要求较高，扭杆滚压加工工艺参数的选取具有相当大的不确定性，影响扭杆加工后的残

4、余应力，从而影响扭杆的疲劳寿命。本文应用有限元分析软件，以某车型用扭杆作为研究对象，对其进行滚压工艺模拟，分析四种工艺参数（滚压深度、滚压速度、进给速度、滚压圈数）对滚压后扭杆残余应力的影响，并在施加不同残余应力下，分析扭杆疲劳寿命的变化趋势，同时通过扭杆滚压加工时的受力分析，提出在扭杆滚压加工时的一些改进方法。首先在ABAQUS中建立了滚压仿真实体模型，根据实际滚压加工工艺的特点，对扭杆滚压加工过程进行必要的简化；计算了材料的本构方程；设置了扭杆有限单元类型；定义了材料的参数；并对滚压实体模型进行了网格

5、划分，建立了滚压有限元模型；同时根据扭杆在滚压加工过程中的实际情况，对其定义了仿真边界条件和接触条件。其次建立了滚压加工仿真的模拟方案，分析研究了四种工艺参数（滚压深度、滚压速度、进给速度、滚压圈数）在滚压后影响扭杆残余应力的规律。分析得出：在扭杆表层，残余压应力值随滚压深度增加而增大；增大滚压速度，扭杆表层残余压应力值也逐渐增大，并且较低的滚压速度有助于残余应力的分布均匀；增大进给速度，扭杆表层残余压应力值则减小，并且较低的进给速度有助于残余应力的分布均匀；增加滚压圈数，扭杆表层的残余压应力呈现先增大后

6、减小最后持平的趋势；这些规律为滚压加工工艺参数选择奠定了一定的基础，同时为后续残余应力与疲劳寿命关系研究奠定了基础。然后建立了扭杆和扭转臂实体模型，详细介绍了模型的网格划分以及边界条件、载荷的施加，分析了扭杆的静强度，得出扭杆的最大等效应力为648.1MPa，扭杆的最大剪切应力为300.1MPa，最大应力位置出现在扭杆的过渡圆角处；得到了扭杆的等效应力分布，为后续分析扭杆的疲劳寿命做准备；分析得出了扭杆的最小疲劳寿命为1132400次，扭杆最小疲劳寿命发生在扭杆过渡圆角部位，这是由于扭杆过渡圆角部位是应力

7、集中北大学学位论文中区，因此在设计圆角部位时应该注意结构的优化和工艺的改进；通过施加不同的残余应力，研究了疲劳寿命随着残余应力变化的趋势，得出了残余应力与疲劳寿命的关系；残余压应力会降低扭杆的疲劳寿命，残余拉应力则能够增大扭杆的疲劳寿命；随着残余压应力的增大，疲劳寿命也随之增大，在残余压应力大于等于600MPa时，扭杆疲劳寿命已经大于10e7次；计算出了扭杆在不同滚压参数下的残余应力对应的疲劳寿命，通过对比不同参数下扭杆的残余应力及疲劳寿命，得出了最佳的滚压工艺参数。最后通过扭杆滚压加工时的受力分析，针对

8、扭杆的刚性差对扭杆加工质量的影响，提出在扭杆滚压加工时的一些改进方法，以获得更好的加工质量。关键词：滚压，工艺参数，残余应力，疲劳寿命中北大学学位论文ResearchonSimulationandFatigueLifeAnalysisoftorsionbarrollingprocessAbstractNowadays,duringtherollingprocessofthetorsionbar,theprocessparame