铝合金铝合金车车轮双轴双轴疲劳疲劳疲劳寿命有限元寿命有限元寿命有限元分析分析分析
胡金华1 张芳芳1朱志华2 李宝华2 郎玉玲2 阿拉腾2 李昌海
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（1）燕山大学 河北 066004
（2）中信戴卡轮毂制造股份有限公司 河北 066004
摘 要：首先介绍了车轮双轴试验基本情况。其次简要介绍了车轮双轴试验有限元建模及疲劳寿命分析的基本过程。最后以860车轮为例，对铝合金车轮双轴疲劳试验进行了有限元疲劳寿命分析。
1 1 前言前言前言
车轮是汽车的一个重要部件，它对汽车的行驶安全性、稳定性、平顺性和牵引性有重要的作用，对能源的消耗、轮胎的寿命和驾驶员的劳动强度都有较大的影响。车轮的设计与开发需要较高的工程经验与分析水平。新设计的轿车车轮必须通过一系列的台架试验才能批量生产。目前轿车车轮台架试验主要包括弯曲疲劳试验、径向疲劳试验、冲击强度试验和双轴疲劳试验。
由于车轮工作在随机载荷之下，所以在其研制当中最关心的问题之一就是车轮的疲劳寿命，即保证车轮在使用寿命期间内不发生疲劳破坏。早期的车轮疲劳试验包括弯曲疲劳试验和径向疲劳试验。2000年，赵桂范等[1]给出了用改进的史密斯公式对车轮的疲劳寿命进行预测的计算方法。2002年，崔胜民和杨占春[2]提出了用名义应力法和局部应力应变法对车轮的疲劳寿命进行预测。王波和管迪华给出了对钢质车轮多轴疲劳寿命的预测方法。1999年，张红桩[3]在本文作者的指导下，以三维设计软件UG 和有限元分析软件ANSYS 为工具，将车轮的设计与疲劳寿命预测结合起来，建立了车轮弯曲疲劳的CAE 平台，此平台能够较可靠地预测出轮辐破坏的车轮的弯曲疲劳寿命，但是由于没有考虑各元件间的接触关系及螺栓预紧力的影响，所以不能准确地计算出法兰盘及螺栓孔附近的应力分布情况，因而对法兰盘处破坏的车轮无能为力。2000年，周荣等[4]针对钢制车轮的弯曲疲劳试验，建立了车轮弯曲疲劳试验的计算机仿真系统。此系统是以有限元分析为基础的疲劳寿命估算系统，该系统由有限元分析程序、接口程序和疲劳寿命估算程序三部分组成，给出了以有限元分析结果与名义应力法和局部应力应变法相结合对钢制车轮弯曲疲劳寿命进行预测的方法。2005年，本课题组的张国智[5]初步建立了轿车铝车轮的弯曲疲劳寿命预测、径向疲劳寿命预测和冲击强度分析的有限元模型。但是张国智[5]仅仅进行了弯曲和径向模型的有限元分析，没有进行实际意义上的疲劳分析。另外，冲击有限元分析没有针对不同类型的车轮系统地总结断裂失效准则。还需要进一步的研究总结。2007年，孙红梅[6]在本文作者指导下建立了可综合考虑轮辋刚度、弯曲应力以及车轮振动模态的基于约束变尺度优化算法的轿车车轮结构优化设计模型。该文对轿车车轮优化设计进行了有益的探索。2008年，本文作者建立了铝合金车轮冲击强度有限元分析模型并成功应用于中信戴卡公司。2009年，Mehnet[7]基于局部应变法和线弹性有限元分析对车轮径向疲劳试验进行了有限元建模。2009年，Ramanurty Raju, P. [8] 基于有限元法对
铝合金车轮弯曲疲劳寿命进行了预测，并与疲劳实验结果进行了对比，发现实验寿命与计算寿命之间有较大的差距。这就要求对于不同类型的车轮，确定相应的弯曲疲劳寿命的判断准则。这样的判断准则需要通过大量的试验得到。对于其它台架试验也存在这样的问题。由此可见确定车轮台架试验判断准则的难度。
2 2 车轮车轮车轮双轴疲劳试验双轴疲劳试验双轴疲劳试验简介简介简介
车轮双轴疲劳试验是车轮耐久性强度试验的新方法，代表了车轮安全性试验的发展方向。该试验全面考虑车轮的复杂装配状态、循环应力分布以及车辆道路工况，不但能够对已有的产品进行性能试验和评估，同时还为新车轮的轻量化设计提供了有效的参考数据。
双轴试验通过模拟测试轨道对整个轮轴组的结构耐久性进行测试。车辆的全部寿命(对于轿车是30万公里，对于卡车是100万公里)可以在不到两周时间内通过双轴试验再现。这样就允许对车轮的设计、材料、制造工艺和联结技术进行优化。
图1为车轮双轴疲劳试验示意图[9]。带轮胎的车轮倾斜一定的角度被压向滚筒。滚筒以一定的速度旋转并带动车轮转动。在试验过程中，车轮在每一种姿态下旋转一定的时间，施加在车轮上的力也随之变化。实际车轮载荷谱为基本载荷谱的组合，一般由37~99种载荷工况组成。一种典型的载荷工况为F z =9.51KN ，F y =-3.00KN ，车轮倾角=4.05度，转动时间=22.97s ，车轮转速=105公里/小时。一次双轴循环对应车轮行驶路程为30公里。车轮通过双轴试验的基本寿命要求是三个同款车轮转动7500公里均无可见裂纹，然后继续工作至10000公里要求至少有两个车轮无可见裂纹。
目前世界上约有50 多台车轮双轴疲劳试验机，均为一些著名的汽车厂、车轮厂和车轮试验室所拥有；国内还没有使用双轴疲劳试验机的试验室。新型车轮进入欧洲市场必须通过双轴试验，然而双轴试验机以及双轴试验费用昂贵。进口一台双轴试验机价格约为750万人民币（不含关税），做一次双轴疲劳试验的费用为20万元人民币。
因此，十分有必要研究建立双轴虚拟试验系统并确定车轮双轴虚拟试验判断准则。建立了车轮双轴虚拟试验系统并确定车轮双轴虚拟试验判断准则，就可以提高新设计车轮一次性通过双轴试验的成功率甚至最终取代双轴试验，节省双轴试验费用，缩短新产品上市周期，提高企业的竞争力。因此，该研究具有重大的经济价值和实际应用前景。
图1 车轮双轴疲劳试验示意图[9]
滚筒
车轮
3 3 车轮双轴疲劳试验有限元建模过程简介车轮双轴疲劳试验有限元建模过程简介车轮双轴疲劳试验有限元建模过程简介
首先基于CAD 建模软件建立车轮及轮胎模型，其次将几何模型读入有限元软件。在有限元分析软件中进行必要的设置，具体包括材料定义、划分有限元网格、定义分析类型、施加边界条件及37个工况的载荷条件并进行有限元计算。然后将有限元分析结果读入疲劳分析软件。在疲劳分析软件中还需要读入载荷谱数据文件并定义S-N 曲线。最后进行疲劳寿命分析。疲劳寿命分析完成之后可由有限元软件读入并考察计算结果。
4 原始860车轮双轴疲劳寿命有限元分析车轮双轴疲劳寿命有限元分析
原始860车轮质量为9.646Kg ，其几何模型如图2所示。
图2 原始860车轮
该车轮背面最小寿命对数值为2.413，相对应路程为7764公里，最小值位置如图3中红点所示。图4白色圆圈显示了双轴实验疲劳裂纹出现位置。对比图3及图4可见，这两个位置基本一致。
图3 原860车轮轮辐背面疲劳寿命对数分布图 图4 原860双轴疲劳试验裂纹位置图
5修改后860车轮双轴疲劳寿命有限元分析
车轮双轴疲劳寿命有限元分析
修改后860车轮质量为10.01Kg，其几何模型与图2类似。
该轮背面最小寿命对数值为3.56，相对应路程为108923公里，位置如图5中红点所示。修改后车轮（图6）顺利通过了双轴疲劳试验。
图5 修改后860车轮轮辐背面疲劳寿命对数分布图
图6 通过双轴试验的860车轮
结论
6结论
通过860车轮双轴疲劳寿命有限元分析，可以得到如下结论：
1.首次建立了铝合金车轮双轴疲劳试验有限元分析模型并进行了疲劳寿命分析。
2.对于轿车铝合金车轮，目前的双轴疲劳试验有限元疲劳寿命判断准则可暂定为108923公里。
参考文献参考文献：：
1 赵桂范，崔胜民，杨占春. 用改进的史密斯公式预测汽车车轮疲劳寿命[J]. 哈尔滨工业大学学报. 2000, 32(6): 100~102.
2 崔胜民，杨占春. 汽车车轮疲劳寿命预测方法的研究[J]. 机械强度. 2002, 24(4): 617~619.
3 张宏桩. 基于UG 平台的轿车轮毂CAD/CAM 一体化研究[D]. 燕山大学: 图书馆. 1999.
4 周荣, 刘继承, 崔胜民等. 汽车车轮弯曲疲劳试验计算机仿真[J]. 试验与研究. 2000(1):31~33.
5 张国智. 轿车铝合金轮毂台架试验的有限元数值模拟[D]. 燕山大学: 图书馆. 2005.
6 孙红梅. 轿车车轮模态分析及优化设计[D]. 燕山大学: 图书馆. 2007.
7 Firat, M. etc. Numerical modeling and simulation of wheel radial fatigue tests, Engineering Failure Analysis[J]. 2009. V ol. 16, pp.1533-1541.
8 Ramamurty Raju etc. Evaluation of fatigue life of aluminium alloy wheels under bending loads[J], Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2009. V ol. 32, pp. 119-126.
9 车轮双轴试验标准Entwurf PV 5608: 2007.09.
水泥混凝土路面（素混凝土） 一、影响因素 1.初步损伤 水泥混凝土是多相混合的材料，其中有天然的碎石或卵石、砂子，也有水泥的水化物晶体和凝胶。这些成分的分布紊乱，没有规律可循。而弥散于混凝土体之中的，还有一些微小的杂质、孔隙和裂缝等等。这些杂质和微孔隙、微裂缝是水泥混凝土与生俱来的缺陷，它们构成了水泥混凝土的初始损伤。它们的产生有其必然的缘由，是不可避免的。 1.1.1.杂质的带入及其不利影响 在拌制水泥混凝土的水和原料中，不可避免地要存在诸如泥土、硫酸盐、硫化物、有机物、云母、轻物质等等有害杂质，尽管这些杂质的含量虽然在施工中受到了严格的控制，但仍然在一定程度上降低了骨料的强度，妨碍了水泥的水化反应，降低了骨料与水泥浆的粘结能力，或者与水泥的水化物产生不良的反应，在局部的区域降低了混凝土的力学性能。 1.1. 2.气孔的形成 水泥混凝土在搅拌过程中会带入一些空气。一般情况下，在水泥混凝土混合料中，气体约占总体积的1%～3%。这些气体大部分在浇注和震捣时排出混凝土体外，也有小部分陷入混凝土中。存在于混凝土中的气体便产生了气孔。 1.1.3.毛细孔的形成 在水泥混凝土的凝结过程中，水泥颗粒不断与水反应生成水化物。水化物的体积约为水泥颗粒体积的两倍。这些水化物不断填充固体颗粒间的空隙，并与颗粒粘结在一起形成整体。尽管水化物填充了大部分的空隙，但总是有一小部分空隙未被填充，因为这些空隙被水占据。这些被水占据而未被水化物填充的空隙就形成了毛细孔。混凝土中水分越多的地方毛细孔的密度和宽度就越大 1.1.4.干缩裂缝的形成 水泥混凝土在硬化过程中要产生体积收缩，这是失去水分所导致的后果，产生张力，促使孔隙周围的颗粒凝聚，导致水泥浆的体积收缩。骨料之间的堆挤和摩擦使得。它们不能自由移动，而水泥浆收缩前恰好填充了骨料之间的间隙，所以它的收缩必然受到骨料的限制。因此，干缩导致了水泥浆体中产生拉应力。 水泥混凝土的初始损伤分布是不均匀的。当水泥混凝土受到足够大的应力作用，首先破坏的应该是过渡区，然后才是其他的部位。在受损的水泥混凝土试件的断面上可以观察到，大部分的细小裂缝分布于过渡区，随着荷载的增大或者循环次数的增加，这些细小的裂缝逐步汇集，构成了更大的裂缝。过渡区微裂的发展和有效受力面积的减少，使硬化水泥浆所承受的应力越来越大，导致水泥浆体中的微裂缝扩展和汇聚，最终使众多的微裂缝贯通起来，形成宏观的裂缝。 2.成分比例 2.1.炭化收缩裂缝的形成 当水泥用量小、水灰比大时，空气中的CO2就会渗透到混凝土中，与碱性物质发生炭化反应生成碳酸盐和水。炭化反应也会导致混凝土的体积收缩。炭化引起的收缩仅限于混凝土表面，所以只可能导致混凝土的表面开裂。 2.2. 集料粒径分布 根据国外大量研究和应用的结果证明：混凝土粗集料的最大粒径越小，其抗冲击与疲劳的强度就越好。但是粗集料的粒径减小（国外一般都以20mm为最大粒径），会使包裹它们的砂浆需要量增大，也有不利之处，就要通过增加中间颗粒部分来补偿。
疲劳寿命分析方法 摘要：本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况,重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。 疲劳是一个既古老又年轻的研究分支，自Wohler将疲劳纳入科学研究的范畴至今，疲劳研究仍有方兴未艾之势，材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一，从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。 金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert在1829年前后完成的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。1843年，英国铁路工程师W.J.M.Rankine对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。1852年-1869年期间，Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下，其强度人大低于它们的静载强度，提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法，并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。1874年，德国工程师H.Gerber开始研究疲劳设计方法，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。Goodman讨论了类似的问题。1910年，O.H.Basquin提出了描述金属S-N曲线的经验规律，指出：应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。Bairstow通过多级循环试验和测量滞后回线，给出了有关形变滞后的研究结果，并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。L.F.Coffin和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系，即Coffin—Manson公式，随后形成了局部应力应变法。 中国在疲劳寿命的分析方面起步比较晚，但也取得了一些成果。浙江大学的彭禹，郝志勇针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取以及在真实工作环境下的疲劳寿命等问题，以发动机曲轴部件为例，提出了一种以有限元方法，动力学仿真分析以及疲劳分
铝合金车轮设计及结构分析 【摘要】车轮是汽车行驶系统中重要的安全部件，汽车前进的驱动力通过车轮传递，车轮的结构性能对整车的安全性和可靠性有着重要的影响。另外，车轮还是汽车外观的重要组成部分。传统车轮设计多凭借经验展开，存在着设计盲目性大、设计制造周期长、成本高等诸多弊端。面对日益激烈的市场竞争，企业迫切需要采用科学的手段改善设计方法，本文所采用的CAD技术和有限元分析方法是解决上述问题的理想方法。本文运用工业设计理论，将造型设计构思表现的方法与技能应用于车轮设计中，结合车轮结构尺寸优化和形状优化，使工程技术与形式美密切结合，综合表现了车轮的性能、结构和外观美。 【关键词】铝合金车轮;有限元分析;结构设计;强度分析;疲劳分析 1.引言 普遍意义的车轮包括轮胎和金属轮辆一轮辐一轮毅两部分，本文所研究的车轮只限于金属轮惘一轮辐一轮毅部分，不包括轮胎。车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，它不仅承受着静态时车辆本身垂直方向的自重载荷，同时也经受着车轮行驶过程中来自各个方向因起动、制动、转弯、物体冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生不规则力的作用，是车辆行驶系统中重要的安全结构部件，其结构性能是车轮设计中主要因素[1]。另外，车轮作为整车外观的主要元素之一，象征着整车的档次，多变的铝合金车轮轮辐形态和明亮的色泽越来越为人们所关注，因此车轮的外观设计也因此变得越发的重要。 2.铝合金车轮的设计方法 车轮制造企业的设计手段依然采用传统的设计方法，其设计及生产流程如图1所示。 图1 传统的车轮设计流程图 产品的结构强度、疲劳性能则在产品试样制造出来后，通过试验来验证。这样导致产品的设计周期过长，成本过高。而且设计时为了保证产品的通过率，避免反复多次修改模型，设计人员往往留有过大的设计欲量，对于大批量生产的企业，这无形中造成了材料浪费，增加成本[2]。 此外，当试验失败进行结构修改时，设计人员也是凭借经验，通过局部增加材料达到提高强度的目的，缺乏理论依据，具有较强的盲目性，对于产品的结构优化更是无从入手[3]。因此，采用新的技术和手段，使车轮设计由经验类比型向科学分析计算型转变，是车轮行业一项势在必行的工作。 3.载荷的处理
文献综述 （2011级） 设计题目铝合金疲劳及断口分析 学生姓名胡伟 学号201111514 专业班级金属材料工程2011级03班指导教师黄俊老师 院系名称材料科学与工程学院 2015年4月12日
铝合金疲劳及断口分析 1 绪论 1.1 引言 7系铝合金包括Al-Zn-Mg 系和Al-Zn-Mg-Cu 系合金，此类合金具有密度低、比强度高、良好的加工性能及优良的焊接性能等一系列优点。随着应用在铝合金上的热处理工艺及微合金化技术的不断改进，其力学性能被大幅度强化，综合性能也得到了全面提升。在航空航天、建筑、车辆、、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛的应用。 现代工业的飞速发展，对7 系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀性能等提出了更高的要求。但是，存在另外一个现象，在各行各业的领域中，铝合金设备偶尔会出现难以察觉的断裂，在断裂之前很难甚至无法察觉到一点塑性变形。这种断裂形式，对人身以及财产安全造成了不可挽回的损失。经过大量实验表明，这些断裂是由于材料的疲劳引起，材料在交变载荷的长期作用下，表面或者内部，尤其是内部会产生微观裂纹。本文主要研究铝合金疲劳引起的裂纹以及疲劳断口分析，此类研究对于日后的生产安全，有重大意义。 1.2 7系铝合金的发展历史 在20世纪20年代，德国的科学家研制出Al-Zn-Mg系合金，由于该合金抗应力腐蚀性能太差，并未得到产业内应用。在20世纪30年代初一直到二战结束期间，各个国家在研究中发现，Cu元素可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能。在此，开发了大量Al-Zn-Mg 系合金，因此忽视了对Al-Zn-Mg 系合金的研究。德、美、苏、法等国在Al-Zn-Mg-Cu 系合金基础上成功地开发了7075 、B93 和D。T。 D683 等合金。目前正广泛应用在航空航天事业上，但是强度、韧性、抗应力腐蚀性能三者之间未能实现最佳组合状态。20世纪50年代，德国
沥青路面疲劳开裂的分 析与防治 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
沥青路面疲劳开裂的分析与防治 一、前言 随着公路交通量日益增长, 公路建设事业得到了迅猛发展, 截至2006 年底, 我国公路通车总里程达到348 万km, 高速公路达万km。2007 年, 我国计划建成高速公路5 000 km 以上, 并确保完成“五纵七横”国道主干线系统最后2 385 km 的建设任务。而沥青路面在整个公路网中的比例占到70%以上, 已经成为高等级公路的主要结构形式。但是,经过多年的使用和观测表明, 许多高速公路通车一年后路面就出现严重的桥头跳车和早期损坏, 有的通车几年后由于损坏严重、疲劳裂缝过多就不得不进行翻修, 使其使用性能大大降低。因此对疲劳裂缝产生的原因进行系统的分析, 提出经济、合理、适用的沥青路面结构, 并从设计、施工和养护等多方面对防止疲劳开裂和路面破坏提出有效的预防措施, 使其在高等级公路和地方公路建设中得到进一步推广应用, 发挥更大的社会经济效益。 二、开裂原因 随着传统的疲劳破坏理论的发展, 人们认识到,路面的破坏, 是由于荷载在路面材料中引起的重复加载疲劳应力, 超过了路面混合料的抗拉强度而发生的。美、英、苏、德等国, 根据十多年的大量试验,相继进行了基于疲劳强度理论在设计上的重大改革。并且, 目前各国沥青类路面设计仍主要沿用这种疲劳强度理论。 道路上的行车, 主要是汽车。汽车是路面服务的对象, 也是使路面结构破损、路基失稳的主要因素。但是随着交通量的增加、轴载的增大和公路上行车速度的提高、交通荷载的振动特性以及交通参数确定的合理性等交通荷载因素对沥青混凝土路面早期破损的影响是不容忽视的问题。
车轮强度疲劳分析 作者：长安汽车股份有限公司闫立志袁登木高晓庆陈启亮 摘要：汽车车轮主要承受循环载荷，借助MD.Nastran 及MSC.Fatigue 模拟车轮在循环对称载荷作用下的强度和疲劳，可以有效地指导车轮的设计。 关键词：车轮；强度；疲劳；MD.Nastran；MSC.Fatigue 1 引言 汽车车轮的功用是支持全车的重量，承受驱动力、制动力、以及地面对车轮的各种力，并通过轮胎与地面的接触而实现汽车的运动。因此车轮的强度疲劳对于整车的正常使用有非常重要的作用，而实际使用中，车轮主要承受径向载荷，也是车轮破坏的主要载荷形式，因此本论文针对车轮在滚动过程中承受径向载荷作用下，车轮强度疲劳分析并进行结构优化。 2 基于Nastran 的汽车车轮循环对称响应分析（SOL109） 本文以某项目开发为例，利用MSC.Nastran 分析车轮，并对危险部位通风孔进行结构改进及优化，得到较优方案，为设计提供参考意见。 2.1 模型文件 本文主要对比不同车轮通风孔结构及位置对车轮强度疲劳的影响，如下是某款车型的车轮结构示意图。 图1 车轮结构
方案一为初始设计方案，通风孔直径为Φ 30mm; 方案二为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm； 方案三为优化方案，是将通风孔沿车轮径向外移4mm，同时将通风孔直径扩大到Φ 34mm； 2.2 边界条件与分析方法 本次分析中，约束车轮底面，在距车轮底面中心1.0m 处沿Y 和Z 方向分别施加两个大小相等的载荷。 图2 车轮有限元分析模型 为了模拟车轮的旋转，本次分析采用SOL109 进行分析，考虑通过对Y 和Z 方向两个大小相等的载荷分别乘以两条正弦和余弦曲线的方式来实现力的旋转。 2.3 分析结果 本次分析的载荷为每隔9 度输出一个结果，一共产生41 个结果，在后处理软件中将这41个结果进行取大值处理后，输出如图3 所示的应力分布图：
金属疲劳寿命的预测 摘要 当一个金属样品受到循环载荷时，大量的起始裂纹将在它的体内出现。样品形成了有初始裂纹的样本：样品越大，样本也越大。在作者先前的研究中表明，在极值统计的帮助下，通过估计最大预期裂纹深度能够预测疲劳极限。本来表明，在一个类似的方式下，疲劳极限以上的疲劳裂纹萌生时间是可以预测的。用最小的分布可得到最短预期初始时间的预测，代替了用最大分布估计最大裂纹尺寸，并以广泛的实验数据获得了好的赞同。 本文为构件的总的疲劳寿命估计提供了一种新的方法。当得知了预计的裂纹萌生寿命和临界裂纹尺寸时，稳定的裂纹扩展就能通过Paris law计算出来。总的疲劳寿命的估算值是裂纹萌生和裂纹扩展的总和。本文介绍的是：为发现任何一种材料裂纹萌生寿命而相应的构建设计曲线的方法。 1、介绍 估计金属构件疲劳寿命的最古老和最常用的方法是S-N曲线，尽管它的缺点众所周知。其中之一是，因观察试样缺口的光滑程度不同而使得疲劳寿命有很大的不同。有些手册尝试通过为不同的应力值浓度的因素单独设计曲线解决这个问题，如Buch。其被当时看作是避免这一问题的局部应变方法。在这种方法中，提出了无论试样的形状如何，相同的应变振幅总是相同的疲劳寿命。 一个构件的总疲劳寿命可以分为3个阶段：裂纹产生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳生长。最后一个阶段很迅速，在估计总的疲劳寿命时可以在实际工作中忽略。利用LEFM可获得裂纹稳定生长的可靠样本。不同几何的应力强度因子和所收录例子的大量的公式都可在文献中找到，并且权函数的使用为扩展这种方法的使用提供了可能性。 用类似LEFM的方式对裂纹初始相位的建模，或裂纹的扩展做了很多的尝试，例如：Miller，Austen，Cameron and Smith。另一种方法是用局部应变方法仅对初始寿命进行估计，然后用LEFM和一个合适的计算机程序完成对总疲劳寿命的计算。 经Makkonen研究表明，统计方法能够用来预测金属构件的疲劳极限。当一个构件受到交变载荷时，大量的微裂纹将在它的内部产生，裂纹的数量取决于试样的大小。运用极值统计法来计算裂纹样品类型中的最大裂纹的估计值成为可
I S S N1000-0054C N11-2223/N 一清华大学学报(自然科学版)一JT s i n g h u aU n i v (S c i&T e c h n o l ),2014年第54卷第8期2014,V o l .54,N o .81/24 983-986,1086 混凝土路面板早期开裂疲劳寿命预测 魏一亚 (清华大学土木工程系,土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084 )收稿日期:2012-07-30 基金项目:交通运输部西部交通科技项目(2011318223710);云南省交通厅科技项目(云交科2013(A )06,(C )02 )作者简介:魏亚(1976 ) ,女(汉),河南,副教授三E -m a i l :y a w e i @m a i l .t s i n g h u a .e d u .c n 摘一要:为准确预测水泥混凝土路面板在早期裂缝情况下的疲劳寿命,帮助制定合理的维修计划二延长道路使用寿命, 该文通过小梁四点弯拉及混凝土板疲劳加载试验,研究了混凝土断裂力学参数及疲劳行为,并对有裂缝混凝土板的疲劳寿命进行预测分析三试验研究和模型预测均表明:混凝土路面板早期开裂疲劳寿命或破损过程分为3个阶段,且板的疲劳断裂寿命远小于传统模型预测值;开放交通时间的早晚对板的疲劳寿命有至关重要影响三研究结果对于准确预 测疲劳寿命和及时进行路面维修与裂缝处理具有实际意义三关键词:水泥混凝土路面;早期裂缝;断裂力学;裂缝发 展;疲劳行为 中图分类号:U416.216 文献标志码:A 文章编号:1000-0054(2014)08-0983-04 F a t i g u e l i f e p r e d i c t i o n s o f c o n c r e t e p a v e m e n tw i t h p r e m a t u r e c r a c k i n g W E I Y a (K e y L a b o r a t o r y o fC i v i l E n g i n e e r i n g S a f e t y a n dD u r a b i l i t y o f t h e M i n i s t r y o fE d u c a t i o n o fC h i n a ,D e p a r t m e n t o fC i v i l E n g i n e e r i n g ,T s i n g h u aU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 1 00084,C h i n a )A b s t r a c t :P r e m a t u r e t r a n s v e r s e c r a c k i n g c a n o c c u r i n c o n c r e t e p a v e m e n t s u b j e c t t o r e p e t i t i v e t r u c k l o a d i n g .T h i s p r e m a t u r e c r a c k i n g m a y c a u s e f i n a l f a i l u r eo f t h e p a v e m e n t a n d g r e a t l y r e d u c e t h e s e r v i c el i f e .T h i ss t u d y i n v e s t i g a t e st h ef r a c t u r e p r o p e r t i e so f n o t c h e dc o n c r e t eb e a m s t oe s t a b l i s ha f a t i g u e l i f e p r e d i c t i o n m o d e l .B o t h t h em o d e l a n dt h ee x p e r i m e n t a l t e s t ss h o wt h a t t h e p a v e m e n t f a t i g u e l i f ei s g r e a t l y r e d u c e dc o m p a r e dt ot r a d i t i o n a l m o d e l si fa p a r t i a l d e p t h c r a c k d e v e l o p s w i t h i n t h e f i r s t f e w d a y s a f t e r p l a c e m e n t .T h u s ,t h e o p e n i n g t i m et ot r a f f i ci sc r u c i a lf o rt h e p a v e m e n t f a t i g u el i f e .T h ef i n d i n g sa r eo fs i g n i f i c a n c ef o r p r o p e r s c h e d u l em a i n t e n a n c e p l a n s . K e y w o r d s :c o n c r e t e p a v e m e n t ;p r e -m a t u r e c r a c k i n g ;f r a c t u r e m e c h a n i c s ;c r a c k g r o w t h ;f a t i g u e b e h a v i o r 水泥混凝土路面铺筑后会经历一个从塑性状态到凝固状态的早期硬化阶段三在这个阶段中,水化反应及周围环境影响引起混凝土板接近上表面处 温二湿度的降低导致收缩变形三当这种变形受到来自板体内部相邻混凝土单元或外部相邻板约束的情况下,易引起混凝土的拉应力三在混凝土抗拉强度 较低的早龄期阶段产生板表面的横向开裂[ 13] 三开放交通后,在车辆荷载的反复作用下,横向裂缝自混凝土板表面向板底二从板中向板边进一步延伸,直至板的结构性断裂(如图1所示) ,极大地降低了混凝土板的使用寿命[ 4] 三图1一水泥混凝土路面板自上而下的断裂 如何预测此种情况下混凝土板的疲劳寿命是确定路面最大允许裂缝深度及采取有效维护措施的至关重要环节三但是,目前用来预测混凝土路面板疲 劳寿命的传统模型[45 ]是基于完好的二没有裂缝的 混凝土梁或板的疲劳试验基础上的,不适用于带有裂缝的混凝土板疲劳寿命预测三 本文以此为出发点,针对水泥混凝土路面早期裂缝引起的后期疲劳寿命的降低进行研究三通过小梁四点弯拉及混凝土板疲劳加载试验,研究混凝土断裂力学参数及疲劳行为,建立带有裂缝混凝土路面板疲劳寿命预测方法三
摘要 轻量化是世界汽车工业发展的主要趋势，轻质材料铝及其合金等的使用是一种有效的途径。目前，大部分汽车车轮已使用铝及其合金做作为材料，利用现代设计方法，在此基础上进一步实现车轮的轻量化则是本文的研究所在。 在研究了CAD软件Pro /E以及有限元分析软件ANSYS的功能及其主要特点后，着重进行了了应用ANSYS对铝合金车轮进行结构强度分析的具体过程。 首先使用Pro/E软件，按照轮辋的国家标准，建构车轮的实体模型;然后把模型导入ANSYS，按2005年中国汽车行业标准中的汽车轻合金车轮的性能要求和实验方法所规定的疲劳实验要求施加荷载;然后进行强度分析和模态分析，分析结果表明，车轮的最大应力远小于铝合金的许用应力，车轮的固有频率满足要求，存在进一步改进的可能和必要。最后，改进车轮模型，改进结果表明，车轮的重量有了显著的减少。 利用CAE分析技术有助于提高汽车车轮的设计水平、缩短设计周期、减少开发成本。该方法具有普遍性，适用于指导任何其言型号车轮的设计和分析。 关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析
ABSTRACT Lightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article. In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process. First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced. The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel. Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis
目录 摘要.................................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................................... II 目录............................................................................................................................................. I V 第一章绪论.. (1) 1.1 课题背景及研究意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (3) 1.2.1 轮轨接触问题的研究 (3) 1.2.2 疲劳强度和寿命的研究 (3) 1.2.3 轮辋中夹杂物的研究 (5) 1.2.4 疲劳可靠性的研究 (5) 1.3本文的主要工作 (6) 第二章轮轨接触时轮辋的应力应变状态 (8) 2.1 轮轨接触有限元模型 (8) 2.1.1 模型的建立 (8) 2.1.2 网格划分 (8) 2.2 算法的选取及接触单元、弹塑性参数的设置 (9) 2.2.1 算法的选取及接触单元的设置 (9) 2.2.2 弹塑性参数的设置 (10) 2.3 轮轨接触时轮辋处应力的计算结果 (11) 2.4 本章小结 (13) 第三章不同工况下的轮辋疲劳寿命分析 (14) 3.1 疲劳寿命基本理论 (14) 3.1.1 疲劳寿命分析方法概述 (14) 3.1.2 疲劳载荷谱 (15) 3.1.3 材料的疲劳性能 (16) 3.1.4 疲劳累积损伤理论 (17) 3.2 车轮的载荷工况及载荷谱 (18) 3.2.1 车轮的载荷工况 (18) 3.2.2 不同工况下车轮的载荷谱 (18)
毕业设计开题报告 学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级 指导教师姓名职称教授从事 专业 车辆工程、 交通工程 是否外聘□是√否 题目名称基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 1、课题研究现状 1）铝合金车轮的起源，发展 长时期内，钢制车轮在车轮制造业中占主导地位，随着科学技术的发展与进步，对车辆安全、环保、节能的要求日趋严格，铝合金车轮以其美观、质轻、节能、散热好、耐腐蚀、加工性能好等特点，逐步取代钢制车轮。铝合金车轮的出现到如今渐渐替代钢制车轮是一个漫长的发展阶段。在20世纪初，一些热衷于赛车的爱好者，为了能使车辆更轻以提高赛车速度，想方设法对车辆各零部件作轻量化的改进，其中车轮是重点减轻的主要对象。1923年，Bugatti公司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车，加世纪30年代联邦德国汽车联合会、拜尔(BMW)发动机公司及戴姆勒一奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毂与铝制扎制轮辋相结合的车轮装上汽车，为铝合金车轮的发展奠定了基础。二次世界大战和世界性的能源危机大大刺激了汽车商的轻量化需求。1945年汽车厂商纷纷开展批量生产铝合金车轮的研究，重要集中在铝合金车轮的材质和成形工艺方面，但由于车轮的特殊安全要求，仍未能实施批量生产。直至20世纪50年代末，联邦德国还只能少量地生产铝合金车轮。1970年末，拜尔发动机公司率先将铸造铝合金车轮作为特殊部件装到了2002型轿车上，1972年又在双门小轿车上成批装上了铸造铝合金车轮，开始了铸造铝合金车轮批量用于轿车的新局面。 日本铝合金车轮工业是在1970年后至1984年之间快速发展起来的，在1984年的年产量达640万件。意大利在1979年曾生产150万件。到1980年，西欧共生产700多万件铝合金车轮(其中50%是铸造铝合金车轮)，并以年产6%~7%的速度递增。1988年，美国生产的车辆中，铝合金车轮已作为好几种车型的系列部件，Pontiac SE车型的Grand Prix车更是采用了涂装彩色条带状的铝合金车轮。通用汽车公司生产的Gorvette车和另外两种Grand Prix车型也采用了铝合金车轮;Pontiao Fiero 的一种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮;Dodge Dynasty车也把花边式样的铝合金车轮装了上去。同年，福特公司在Merkur Scorprio轿车上也装上了铝合金车轮，并把铝合金车轮定为公司系列的标准件。20世纪80年代初，美国原装轿车铝合金车轮装车率大约4%一5%，如今已超过40%。而日本目前轿车铝合金车轮装车率超过45%，欧洲国家超过50%。 我国铝合金车轮工业起步较晚，最早使用铝合金车轮是在20世纪80年代初，国营洪都机械厂
精心整理 沥青路面疲劳开裂的分析与防治 一、前言 随着公路交通量日益增长,公路建设事业得到了迅猛发展,截至2006年底,我 国公路通车总里程达到348万km,高速公路达4.54万km。2007年,我国计划建成 的 英、 大改革。并且,目前各国沥青类路面设计仍主要沿用这种疲劳强度理论。 道路上的行车,主要是汽车。汽车是路面服务的对象,也是使路面结构破损、路基失稳的主要因素。但是随着交通量的增加、轴载的增大和公路上行车速度的提高、交通荷载的振动特性以及交通参数确定的合理性等交通荷载因素对沥青混凝土路面早期破损的影响是不容忽视的问题。
一方面,随着经济发展,交通量增加,超限运输已越来越严重和普遍,超限运输特别是超重车辆已经成为沥青路面和水泥混凝土路面破坏的重要因素。就其影响国内学者在超重车辆的轴载换算已经作了大量的研究,重新探讨了超重车辆的轴载换算关系。认为规范规定的公式低估了超限荷载的疲劳破损作用,重载车的轴载换算因次应较现行沥青路面设计规范有所提高。另一方面,我国传统的路面结构力 由 ,其中 泛重视。 1.1试验法 试验法具体又可以分为三类：一是实际路面在真实汽车荷载作用下的疲劳破坏试验，如美国的AASHTO试验路，历时三年才完成；二是足尺路面结构在模拟行车荷载作用下的试验研究，包括环道试验和加速加载试验，典型的如南非的
重型车辆模拟车（HVS），澳大利亚的加速加载设备（ALF），美国华盛顿州立大学的室外大型环道和重庆公路研究所的室内大型环道疲劳试验；三是室内小型试件的疲劳试验，如小梁重复弯曲疲劳试验、间接拉伸试验、旋转悬臂试验等。前两类方法都能较好地反映路面的实际疲劳性能，但耗资大、周期长，而且试验结果受当地环境和路面结构的影响较大，因此开展得并不普遍。目前多采用周期短、 （SHRP-M-009）中还给出了累积消散能及消散能累积到破坏时的计算方法。在疲劳试验过程中，能量损失是由塑性变形所消耗的，这些消耗的能量并没被转换成应变能，而是被转换为热能。每个应变周期的能耗可以通过应力应变的滞后回路的面积来决定。在整个疲劳寿命过程中，总能量是所有滞后回路面积的总和。 1.3力学分析法
铝合金材料的疲劳研究进展 徐超，杨尚磊 （上海工程技术大学材料工程学院上海 201620） 摘要：综述了铝合金材料的疲劳研究进展，介绍了铝合金材料的疲劳裂纹萌生机制和特性、裂纹扩展规律及其扩展阶段的研究进展，同时概述了裂纹疲劳行为的影响因素和微观机理方面的最新研究进展，最后从裂纹萌生和扩展机制以及微观机理等方面概述了铝合金疲劳行为研究趋势。 关键词：铝合金疲劳裂纹萌生和扩展微观机理 0 前言 材料的疲劳性能指标是许多构件设计的重要依据之一，为此从微观上分析研究材料疲劳裂纹萌生和扩展特点以及他们与材料本证微观结构之间的关系具有重要指导意义[1]。由疲劳引起的焊接构件表面产生的裂纹萌生、扩展和断裂，都会导致一系列严重的影响，致使整个系统出现失效现象。疲劳行为的研究已经成为材料学中的一个重要分支，由于其存在的广泛性，越来越受到国内外众多学者的关注。 铝合金由于密度小、比强度高，耐蚀性好，在汽车、列车、船舶、航空、航天等领域得到了广泛的应用，同时还具有良好的成形工艺性和焊接性，因此铝合金成为在工业中应用最广泛的一类有色金属材料[2]。铝合金材料的疲劳破坏是汽车、列车、船舶、航空、航天领域中经常遇到的现象，所以对铝合金的疲劳行为的研究更具有重要意义。目前对铝合金疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂的微观特征以及疲劳寿命的预测研究也相当广泛，因此，本文对铝合金材料的疲劳研究进行了综述。 2 铝合金材料的疲劳研究现状 2.1 疲劳裂纹的萌生 由于交变载荷的循环作用，疲劳裂纹的萌生过程往往发生在材料存在缺陷或薄弱区域以及高应力区，其通过不均匀的滑移或位移，从微细小裂纹形成而逐渐长大扩展至断裂。主要可能存在以下形式:对一般的工业合金，在交变应力作用下第二相、夹杂物与基体界面开裂；对纯金属或单相合金，尤其是单晶体，材料表面的滑移带集中形成驻留滑移带就会形成开裂；当经受较高的应力或应变幅时，晶界结合力在低于晶内滑移应力下，晶界或亚晶界处易发生开裂；另外，对高强度合金，也会由于夹杂物、第二相本身属于脆性相从而发生开裂。 由于疲劳裂纹的萌生在整个疲劳裂纹形成过程中占有相当重要的地位，因此，很多学者对疲劳裂纹的萌生进行了研究。 Chen和Tokaji[3]研究了2024铝基SiC粒子增强相复合材料的疲劳裂纹萌生行为，发现了疲劳裂纹萌生的阻力随着SiC粒子数和尺寸的增加而减小，裂纹的萌生大多数与粗大粒子有关，并且粒子和基体间的界面存在剥离现象，使得裂纹萌生于粒子尖端处，这可能与粒子的尺寸和形状相关。Campbell[4]等人研究了319-T7铸造铝合金的的疲劳裂纹萌生行为，发现疲劳萌生起源于铸造中产生的气孔等孔洞，并且裂纹源区与氧化膜的形成也有关。 Shaniavskiy[5]等人研究了飞机Tu-154M上液压泵的AL5铝合金的疲劳裂纹萌生机制，发现AL5铝合金的铸造缺陷对疲劳裂纹的萌生有很大的影响，其影响了材料疲劳裂纹萌生区的应力状态。ZHAI[6]研究了铝锂合金疲劳裂纹萌生处的强度分布情况，发现在L方向疲劳性能最差、S方向最佳，并且表面裂纹的形成随着应力水平的提高而增加，同时其表面裂纹通过韦伯公式来分析了疲劳裂纹薄弱区的密度和强度分布状况。Merati[7]观察了2024-T4合金中萌生裂纹与未萌生裂纹的粒子尺寸,发现萌生了裂纹的粒子是观察到的粒子中尺寸最大的。Payne J[8]等人采用扫描电镜（SEM）观察了7075-T651铝合金疲劳裂纹的萌生演化过程，发现粗大的第二相粒子对疲劳裂纹的萌生行为有显著的影响。Mirzajanzadeh[9]等人研究了7075铝合金试样过盈装配对疲劳裂纹萌生行为的影响，发现过盈装配的断裂试样，其疲劳裂纹萌生于开孔试样的最小横截面中间，与孔洞边缘的微动磨损有很大的关系。 显然，缺陷薄弱区、第二相粒子的粗大、气孔和孔洞集中区域、界面交界处对疲劳裂纹的萌生行为有显著的影响，是铝合金材料中主要裂纹生源。但是这些因素的对疲劳裂纹萌生的影响很复杂，需要进一步通过SEM原位观察等手段来分析其裂纹萌生的演变过程，确定其各个因素与裂纹萌生行为的关系，同时也可以改进制备工艺等手段来减少裂纹萌生。 2.2疲劳裂纹的扩展 研究疲劳裂纹的扩展规律是疲劳裂纹试验过程中的基础环节，疲劳裂纹的扩展微观模式受材料的滑移特性、晶界和晶粒取向、析出相、显微组织特征尺寸、应力水平及裂纹尖端塑性区尺寸等的影响。一般可以将疲劳裂纹的扩展分为三个阶段：近门槛扩展阶段、高速扩展阶段(Paris区)和最终断裂阶段。 Forsyth[10]把导致z字型裂纹扩展路径的纯滑移机制定义为第Ⅰ阶段裂纹扩展，并且在许多铁合金、铝合金和钦合金中都己经观察到裂纹的第Ⅰ阶段扩展。Forsyth[10]还指出对于大多数合金来说，第I阶段扩展通常很短，但是当应力强度因子范围较高时，裂纹尖端塑性区跨越多个晶粒，这时裂纹扩展开始沿两个滑移系统同时或交替进
ANSYS Workbench在铝合金轮毂冲击试验中的应用 摘要：在追求环保节能的汽车行业，轻量化越来越成为高品质的代名词之一。铝合金轮毂以其良好的性能、更轻的重量、回收率高等优势成为轮毂行业的主流。本文以有限元分析软件ANSYS Workbench 为工具，对铝合金轮毂的抗冲击性进行分析和预判，为铝合金轮毂产品的开发人员提供设计依据。 关键词：有限元分析；Workbench；轮毂；冲击 中图分类号：TG11.3 文献标识码： A 文章编号：1673-1069（2016）22-126-2 0 引言 轮毂由轮辋和轮辐部分组成，轮辐又可细分为轮盘和辐条。轮辋有规定的设计标准，但轮辐的形状复杂多变，没有统一的要求。轮毂又叫轮圈，是一个高速旋转件，并且要支撑整个汽车的重量。为保证轮毂性能的合格，主要对其做冲击试验、弯曲疲劳试验和径向疲劳试验。在实际开发和生产过程中，我们发现主要影响轮毂性能合格的是其抗冲击性。 本文通过用ANSYS Workbench软件模拟对轮毂冲击应变的模拟分析，并结合实际实验结果对分析进
行验证，为轮毂开发人员提供可靠的设计依据，进而缩短开发周期、减少开发成本，从而提高企业的竞争力[1]。 1 有限元分析和ANSYS Workbench的简介 1.1 有限元分析简介 有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 1.2 ANSYS Workbench的简介 ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的
第34卷第1期2017年1月 公路交通科技 Journal of Highway and Transportation Ｒesearch and Development Vol.34No.1 Jan.2017 收稿日期：2016－01－18 基金项目：中央高校基本科研业务费项目（Y15－01）；中国民航大学机场工程科研基地开放基金项目（JCGC2016KFJJ006）作者简介：李龙海（1971－），男，黑龙江虎林人，工学硕士，副教授.（5994270@https://www.doczj.com/doc/f89943336.html, ） doi ：10.3969/j.issn.1002－0268.2017.01.002 多次加铺的复合道面疲劳寿命分析 李龙海，杨 茹 （中国民航大学机场学院，天津300300） 摘要：为解决多次加铺的复合道面加铺层使用寿命远低于设计值的问题，利用ABAQUS 建立了多次加铺和一次加铺至相同厚度的复合道面三维有限元模型，分析了两种道面模型的力学响应，得出结论：新旧道面的层间状态对剪切力和拉应变的影响较大，将新旧加铺层简化为同等厚度的沥青道面的计算结果将偏小，将会导致设计偏于不安全。根据多次加铺的复合道面层间最大剪应力沿道路深度的分布点位和变化趋势可知：加铺沥青层后，原道面层间剪应力减小，但无论加铺几次，面层剪应力均最大；随着加铺次数的增加，沥青道面层间最大剪应力逐渐增大，并且在层间接触处出现突变，突变值随加铺次数的增大而增大。这说明加铺沥青层并没有改善道面表层的受力状态，相反，随着加铺次数增加，层间结合状态和复合荷载作用等的影响增大，反而会导致表层应力增大，最终加剧表层损伤。关键词：道路工程；复合道面；疲劳寿命分析；加铺次数；层间结合状态；有限元模型中图分类号：U416.224 文献标识码：A 文章编号：1002－0268（2017）01－0007－08 Analysis on Fatigue Life of Composite Pavement with Multiple Overlays LI Long-hai ，YANG Ｒu （School of Airport ，Civil Aviation University of China ，Tianjin 300300，China ） Abstract ：In order to solve the problem that the service life of composite pavement with multiple overlay is far lower than the design value ，two 3D finite element models of the composite pavement are established by using ABAQUS to analyze the mechanical response of the 2road pavement models ，one is the composite pavement with multiple overlays ，the other is the pavement overlaying the same thickness asphalt concrete.The calculation result indicates that the interlaminar bonding condition of new and old pavements has a significant effect on the shear stress and tensile strain ，the result calculated by the second model is smaller ，which may lead the design value to be unsafe.Some conclusions can be drawn according to the distribution and the tendency of interlayer maximum shear along the direction of road depth ：（1）the interlaminar shear of old pavement will reduce when overlaying asphalt concrete ，while the maximum shear stress ignores the overlaying times ，always appears at surface layer ；（2）the more the pavement overlays ，the larger the maximum interlaminar shear value of surface layer will be ，and interlayer shear stress mutation appears whose value increases with overlaying frequency.It means that overlaying asphalt cannot improve the stress state of surface layer ，on the other hand ，with the increase of overlaying times ，the profounder influence of interlaminar bonding condition and composite load will come to increase the surface stress ，which will finally intensify the surface damage. Key words ：road engineering ；composite pavement ；fatigue life analysis ；overlaying times ；interlaminar bonding condition ；finite element model