【摘 要】
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钢轮由轮辋和轮辐组成,是车辆的重要承载件,最常见的失效形式是疲劳裂纹。轮辋滚压成形过程中存在强烈的弹塑性变形,在其表层产生残余应力场,从而改变受载时轮辋的实际应力分布,进而影响钢轮的疲劳寿命。通过合理的局部应变强化预置残余压应力可以获得较为均匀的应力分布,显著提高其疲劳寿命。激光冲击强化具有高压高效,可控性好及效果明显等特点,能够使构件表面产生极高的残余压应力,显著改善其抗疲劳性能。SCX400是
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钢轮由轮辋和轮辐组成,是车辆的重要承载件,最常见的失效形式是疲劳裂纹。轮辋滚压成形过程中存在强烈的弹塑性变形,在其表层产生残余应力场,从而改变受载时轮辋的实际应力分布,进而影响钢轮的疲劳寿命。通过合理的局部应变强化预置残余压应力可以获得较为均匀的应力分布,显著提高其疲劳寿命。激光冲击强化具有高压高效,可控性好及效果明显等特点,能够使构件表面产生极高的残余压应力,显著改善其抗疲劳性能。SCX400是一种应用于车轮制造的专用钢,由于其强度高、韧性好,近些年被广泛应用于车轮制造。本文以SCX400车轮专用钢为例主要从以下几个方面展开研究:（1）采用ABAQUS软件建立轮辋滚压仿真模型,获得成形后的残余应力场分布,并与轮辋成形后的表面实际残余应力进行对比,验证了模型的可靠性。在此模型基础上分别计算了是否叠加残余应力场的钢轮动态转弯疲劳危险区域及最大应力,并采用局部应力-应变法分别对其疲劳寿命进预测;计算结果表明:叠加残余应力前后轮辋的最大应力均出现在沟槽底部区域,与实际失效位置吻合,但叠加后的最大应力从原来的224.7MPa增大至418MPa,相应的计算寿命从571.92万次下降至30.08万次,与实际测试结果更为接近。（2）建立SCX400试件激光冲击强化的仿真模型,探究不同激光冲击强化能量的影响,得到最佳激光冲击强化工艺参数。结果表明:脉冲宽度为20ns、脉冲能量为3J时,光斑直径为3mm的激光冲击强化,会使SCX400试件表面引入了幅值为348MPa的残余压应力。（3）建立轮辋局部激光冲击强化有限元模型,并采用局部应力-应变方法对钢轮强化前后的疲劳寿命进行估算。用脉冲宽度为20ns、脉冲能量为3J时,光斑直径为3mm的激光对钢轮进行局部强化后,可使其疲劳寿命提高273.6%。研究结果可以为车轮的服役性能提升与轻量化设计提供参考。
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