摘? 要：低幅載荷存在強(qiáng)化和損傷兩重性，空氣懸架結(jié)構(gòu)件的工作環(huán)境大多數(shù)情況是低副載荷的交變作用。研究空氣懸架結(jié)構(gòu)件相同材料的試樣的低載強(qiáng)化規(guī)律對(duì)改善結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、指導(dǎo)結(jié)構(gòu)件材料的研制具有重要的意義。在指定的較高的強(qiáng)化次數(shù)下進(jìn)行低幅載荷的最佳載荷幅的試驗(yàn)研究，再進(jìn)行指定載荷幅的最佳強(qiáng)化次數(shù)研究。對(duì)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用數(shù)學(xué)工具M(jìn)ATLAB對(duì)試樣進(jìn)行擬合得到載荷幅值和強(qiáng)化次數(shù)與疲勞壽命間的關(guān)系，進(jìn)而通過求導(dǎo)依次得出最佳的強(qiáng)化載荷幅和強(qiáng)化次數(shù)，通過交叉試驗(yàn)得出平均疲勞壽命與強(qiáng)化載荷幅和強(qiáng)化次數(shù)的多元函數(shù)關(guān)系，求偏導(dǎo)以求出最佳的強(qiáng)化載荷幅和強(qiáng)化次數(shù)組合。

關(guān)鍵詞：空氣懸架;低載強(qiáng)化;載荷幅值;強(qiáng)化次數(shù)

中圖分類號(hào)：U464.13;TH140.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）22-0159-03

Abstract：The low amplitude load has the duality of reinforcement and damage. The working environment of the air suspension structure is mostly the alternating action of the low auxiliary load. It is of great significance to study the strengthening law of low load on samples of the same material of air suspension structure to improve the design of structure parts and guide the development of structure parts. The optimum strengthening times of low amplitude loading were studied under the specified higher strengthening times，and then the optimum strengthening times of the specified strengthening times were studied. On the fatigue test data using mathematical tool MATLAB to fit sample of load amplitude and frequency and the relationship between fatigue life，then，the optimal strengthening load amplitude and strengthening times are obtained through derivative calculation，and the multivariate function relationship between average fatigue life and strengthening load amplitude and strengthening times is obtained through cross test，and the optimal combination of strengthening load amplitude and strengthening times is obtained by partial derivative calculation.

Keywords：air suspension;low-load strengthening;load amplitude;strengthening times

0? 引? 言

汽車懸架連接車輪和車身（或車架），既承受汽車的重量又承受地面作用在輪胎并往上傳遞的復(fù)雜作用力。當(dāng)汽車在路面上行駛，結(jié)構(gòu)件就會(huì)受到不斷變化的力的作用，從而使結(jié)構(gòu)件發(fā)生疲勞開裂，甚至塑性變形，極大地影響車輛的使用壽命和行車安全。

低載強(qiáng)化是一種零件在較低幅值載荷的多次反復(fù)作用下，其強(qiáng)度不減反增的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象最早是由英國(guó)科學(xué)家GOUGH H J發(fā)現(xiàn)的[1]。國(guó)內(nèi)外的科研工作者對(duì)低載強(qiáng)化規(guī)律的研究很多，也得到了很多的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)零件以低于強(qiáng)度極限載荷，使某個(gè)區(qū)間的載荷循環(huán)加載一定次數(shù)以后，其疲勞壽命會(huì)有所提高。但是，當(dāng)循環(huán)載荷低于這個(gè)區(qū)間時(shí)，效果并不明顯;而循環(huán)載荷高于這個(gè)區(qū)間時(shí)，疲勞壽命反而下降。循環(huán)次數(shù)也存在相似的關(guān)系。這就說明，存在低載強(qiáng)化現(xiàn)象，并且低載強(qiáng)化可以提高這些較小的結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度極限和疲勞壽命。與此同時(shí)，存在最佳加載載荷和循環(huán)次數(shù)及其組合[2]。國(guó)內(nèi)同行如上海理工大學(xué)的鄭松林教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，對(duì)用40Cr等材料制造的較小型汽車零件進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了適當(dāng)高的低幅小載荷（如0.55～0.95σ-1）的連續(xù)作用，也證明了低載強(qiáng)化能使零件靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度得到不同程度的提高。顯然，這部分載荷在進(jìn)行載荷譜優(yōu)化時(shí)是要保留的[3]。

1? 試樣低載強(qiáng)化規(guī)律研究預(yù)期

空氣懸架結(jié)構(gòu)件所用材料為Q345B和38SiMnVB，針對(duì)其試樣的低載強(qiáng)化規(guī)律的研究，該規(guī)律應(yīng)該能揭示出疲勞壽命T與載荷幅值F和循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系，可以描述為：

3? 結(jié)? 論

低幅載荷能夠在一定程度上提高材料的強(qiáng)度極限，但同時(shí)也可能對(duì)材料造成疲勞損傷。本文介紹的方法簡(jiǎn)單易行，可以比較方便地得出提高材料強(qiáng)度極限的最佳載荷幅值和循環(huán)次數(shù)的組合，讓材料的性能得以更好地發(fā)揮，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)提供了更多的可能。

同時(shí)，從圖2和圖3可以看出，強(qiáng)化載荷過大和強(qiáng)化次數(shù)過多反而會(huì)引起試樣的平均疲勞壽命下降，這就是低幅載荷的強(qiáng)化和損傷雙重特性的體現(xiàn)。在工程實(shí)踐中盡量地找出最佳的強(qiáng)化載荷和強(qiáng)化次數(shù)的組合，以達(dá)到最佳的強(qiáng)化效果，這也為零件的輕量化設(shè)計(jì)提供了更大的空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] GOUGH H J. The fatigue of metals [M]. London：Scott，Greenwood and Son，1924.

[2] 鄭松林，袁鋒，馮金芝，等.低幅載荷強(qiáng)化和損傷兩重性試驗(yàn)研究 [J].機(jī)械強(qiáng)度，2009，31（6）：1007-1011.

[3] 儲(chǔ)軍，鄭松林，馮金芝，等.基于低幅鍛煉載荷的累積強(qiáng)化效果模型 [J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（16）：30-34

[4] 盧曦，鄭松林，褚超美.基于疲勞強(qiáng)度衰減模型的S-N曲線測(cè)定方法 [J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2007（7）：152-155.

作者簡(jiǎn)介：項(xiàng)菲菲（1988-），女，漢族，江西宜春人，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)仿真、機(jī)械零件的輕量化和疲勞耐久性設(shè)計(jì)。