[摘 要]随着CAD/CAE技术的不断发展和计算机性能配置的提高，变速器轴类零件的建模和疲劳寿命仿真分析也不断的得到发展和完善。为提高汽车变速器轴类零件设计效率、使用率和节省维修费用，本文将在现有的复合型裂纹扩展理论的基础上，针对汽车变速器轴类零件应力应变特点，提出基于塑性区径向应变能的裂纹扩展准则的汽车变速器轴类零件的强度分析，以提高汽车变速器轴类零件的设计效率。鉴于此，本文是对汽车变速器轴类零件疲劳强度进行研究，仅供参考。
　　[关键词]塑性区径向应变能的裂纹扩展准则；强度分析
　　中图分类号：U463.212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0275-01
　　引言：主要在现有的复合型裂纹扩展理论的基础上，针对汽车变速器轴类零件应力应变特点，提出基于塑性区径向应变能的裂纹扩展准则的汽车变速器轴类零件的强度分析。并运用该裂纹扩展准则和对应的分析估算方法，对现有的变速器轴类零件进行分析估算，验证准则及方法的准确性和可行性，并推广应用到汽车变速器轴类零件的设计优化上，以提高汽车变速器轴类零件的设计效率及使用寿命。
　　一、汽车变速器轴类零件的疲劳强度理论分析
　　由于汽车变速器轴类零件裂纹形状的不规范、载荷分布的不对称等原因，在工程结构分析中遇到的往往是复合型裂纹。对于复合型的裂纹扩展，已经提出了最大周向力准则（（σθ）max判据）、能量释放率准则（G判据）、应变能密度准则（S判据），以及等w线上的最大正应力准则[9]。从裂纹扩展时能量的守恒和转换中知道，裂纹顶端塑性区是材料抵抗断裂的重要因素，而应变能密度表征了构件受力和变形过程中贮存的能量分布。裂纹总是沿着以裂纹顶端为中心的某一半径方向扩展的，因此塑性区内半径上应变能在一定程度上反映了材料在这个方向抗断裂能力。基于这种设想，提出了裂尖塑性区向径应变能的概念，并建立了基于此概念的裂纹扩展准则，即塑性区径向应变能裂纹扩展准则（D准则）。
　　二、塑性区径向应变能裂纹扩展准则（D准则）
　　1、裂纹顶端区域的弹塑性分析
　　对于一个各向同性裂纹体在Ⅰ-Ⅱ复合型条件下，裂纹顶端区域的弹性应力场为：
　　2、裂纹塑性区径向应变能及临界扩展本征区分析在塑性区内沿塑性区向径对应变能积分
　　式中wr称为塑性区径向应变能，为避免积分中的出现无穷大项，塑性区内方向应变能从本征区半径ρ0开始积分。由于临界扩展本征区尺寸很小，没有必要考虑本征区半径沿角度的变化，因此式（2）写成式（3）：
　　三、仿真算例
　　以含斜裂紋的汽车变速器轴为例，截取裂纹所在区域进行分析，由于裂纹相对于整个截取区域来说从微观角度近似于含斜裂纹的承受单向拉伸的无限大板，如图2所示。裂纹长度为2a=0.01m，材料弹性模量E=2*1011Pa，泊松比v=0.3，断裂韧性KIC=48MPam1/2，KIIC=47.3MPam1/2，屈服应力σs=650MPa，σ=460MPa。
　　显然，算例属于I-II复合型裂纹问题，应力强度因子由下式给出
　　裂纹顶端塑性区半径为：
　　分别将KI、KII、σs、k值代入式（4），得到材料的裂纹扩展本征区常数为
　　则径向应变能：
　　比较（4）和（5）得：
　　在不同倾斜角β下分别得到裂纹开裂角。单向拉伸斜裂纹归一化裂纹在β=15°时，归一化裂纹扩展临界应力为：
　　结束语
　　本文主要在现有的复合型裂纹扩展理论的基础上，针对汽车变速器轴类零件应力应变特点，提出基于塑性区径向应变能的裂纹扩展准则的汽车变速器轴类零件的强度分析。并运用该裂纹扩展准则和对应的分析估算方法，对现有的变速器轴类零件进行分析估算，验证准则及方法的准确性和可行性，并推广应用到汽车变速器轴类零件的设计优化上，以提高汽车变速器轴类零件的设计效率及使用寿命。
　　参考文献
　　[1]石亚平.汽车变速器轴类零件疲劳强度分析[J].内燃机与配件，2018（03）：53-54.
　　[2]张镝.关于汽车变速器齿轮、轴类零件供应商过程能力审核[J].黑龙江科技信息，2015（01）：77.
　　[3]胡祝田.汽车变速器轴类零件疲劳仿真及剩余寿命预测方法研究[D].合肥工业大学，2010.
　　[4]郑泉，陈黎卿，王继先.汽车变速器轴承受力分析与软件开发[J].机械传动，2009，33（03）：88-90+130.
　　[5].第19篇汽车变速器轴用卡环槽的加工难点[J].现代零部件，2008（11）：103-104.
　　[6]佟君.东风EQ系列汽车变速器轴轴承拉器[J].汽车维修，2006（08）：40.