[发明专利]基于SDAS分布的转向节疲劳耐久仿真分析方法与装置

说明书

一种基于SDAS分布的转向节疲劳耐久仿真分析方法与装置，该方法包括不同SDAS水平机械性能测试，建立基于SDAS的转向节材料模型；建立工艺仿真网格模型，进行铸造过程工艺仿真分析，输出SDAS分布的工艺仿真结果并将其与生产样品试验测试结果进行对标，根据对标结果优化工艺仿真参数；建立转向节结构仿真网格模型，将SDAS分布的工艺仿真结果映射到结构强度仿真模型，设置上述转向节材料模型及相关材料属性，设置结构仿真分析模型的载荷及边界条件，进行应力应变分析；将工艺仿真结果映射到结构疲劳分析模型，设置不同SDAS下的SN曲线，进行疲劳寿命分析。能实现基础材料性能与疲劳性能的连续分布，更准确地预测疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及转向节产品的有限元分析领域，尤其是转向节疲劳寿命有限元分析，更具体地说，涉及一种基于SDAS（二次枝晶间距）分布的转向节疲劳耐久仿真分析方法与装置。

背景技术

在汽车铝铸产品的批量化生产过程中，由于产品结构的个性化差异和现有工艺方法的局限，铝铸产品的不同位置具有不同的材料性能，但当前的工程领域内，均是采用理想化均匀材料属性进行相关的有限元计算。由于有限元模型输入的理想化，导致有限元分析结果与实际物理结果之间往往存在差异，不能真实利用有限元的方法再现产品的物理行为，从而为产品开发带来了试验失效的风险。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高有限元模型精度的转向节产品有限元分析方法，能够以工艺仿真结果SDAS为媒介，建立转向节结构与材料性能之间的关系，从而实现转向节产品的材料机械性能与疲劳性能的连续分布，提高转向节有限元分析模型的输入精度，最终使有限元分析能更准确地表达产品的物理变形与寿命行为。

根据本发明的一方面，提供一种基于SDAS分布的转向节疲劳耐久仿真分析方法，包括如下步骤：通过对转向节样棒的材料试验获得不同SDAS水平下的材料机械性能与疲劳性能，建立基于SDAS的转向节材料模型；基于转向节的实体模具建立转向节工艺仿真网格模型，进行转向节铸造过程工艺仿真分析，将SDAS分布的工艺仿真结果与转向节生产样品的试验测试实测结果对标；基于SDAS分布的工艺仿真结果，获取转向节数模造型数据，建立有限元网格模型；将SDAS分布的工艺仿真结果映射到结构强度仿真模型，并设置所述转向节材料模型及相关材料属性，使转向节材料机械性能在空间上连续分布，进行转向节应力应变分析得到应力应变结果；将SDAS分布的工艺仿真结果映射到疲劳分析模型，并设置不同SDAS下的SN曲线，进行疲劳寿命分析。

优选地，所述获得不同SDAS水平下的材料机械性能包括如下步骤：从转向节不同部位或不同壁厚位置取疲劳样棒；对疲劳样棒进行表面打磨处理；在电液伺服疲劳试验机上进行拉压疲劳实验，所述建立基于SDAS的转向节材料模型包括如下步骤：作为所述疲劳性能的表征参数，获得疲劳样棒在不同应力下的材料的疲劳寿命；对疲劳样棒进行金相组织分析，获得不同疲劳样棒的SDAS值；通过数据处理建立疲劳寿命与SDAS、应力的对应方程，通过计算获得不同SDAS下的材料S-N曲线，所述S-N曲线的方程为：

 ，

其中，N为材料的疲劳寿命，N₀为初始寿命；S为应力水平；a、b、c、d、e、f、g均为拟合常数。

优选地，所述进行转向节铸造过程工艺仿真分析包括如下步骤：对所述转向节工艺仿真网格模型模拟铸造过程，得出铸件凝固过程的温度场分布，其中，根据SDAS控制方程，利用仿真计算所得到的铸件温度演变过程，计算得出铸件SDAS值的分布；获得铸件的网格信息以及节点的SDAS分布数据用于结构强度仿真，所述SDAS控制方程为：

 ，

其中，M为材料相关的常数，t_f为凝固时间。

优选地，关于A356系铝合金的常数M=680，t_f=t_start-t_end为铝合金从液相线温度到共晶线温度的时间，其中t_end比共晶线温度高1℃。