(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111594081.9 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 山东汽车制造有限公司 地址 265200 山东省烟台市莱阳市经济开 发区富山路99号 (72)发明人 聂文武　毛洪海　钱玉兰　胡传兵　 杨杰　杜凯　 (74)专利代理 机构 烟台双联专利事务所(普通 合伙) 37225 代理人 吕静 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于评估摩擦焊铝合金传动轴扭转疲 劳寿命的方法 (57)摘要 本发明涉及一种用于评估摩擦焊铝合金传 动轴扭转疲劳寿命的方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： S1、 传动轴扭转工况的静态有限元强度 仿真分析； S2、 传动轴扭转疲劳有限元仿真分析； S3、 传动轴摩擦焊影响参数的修正与选 择； S4、 传 动轴扭转疲 劳寿命评估。 本发明建立了摩擦焊焊 缝的疲劳模 型， 该模型考虑了实际焊缝的高度及 宽度对焊缝的影 响， 并通过这些相关参数确定摩 擦焊焊缝对铝合金传动轴整体寿命的影响。 同 时， 本发明采用结构应力法来评估 带有摩擦焊焊 缝的铝合金传动轴扭转疲劳寿命， 通过提取摩擦 焊焊缝的节点应力， 得到平行于焊缝、 垂直于焊 缝的应力分量， 从而将使用这些应力分量进行焊 缝疲劳寿 命的评估。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114169208 A 2022.03.11 CN 114169208 A 1.一种用于评估摩擦焊铝合金传动轴扭转疲劳寿命的方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1、 传动轴扭转工况的静态有限元强度仿真 分析； S2、 传动轴扭转 疲劳寿命计算； S3、 传动轴摩擦焊 影响参数的修 正与选择； S4、 传动轴扭转 疲劳寿命评估。 2.如权利要求1所述的一种用于评估摩擦焊铝合金传动轴扭转疲劳寿命的方法， 其特 征在于， 所述S1中， 传动轴扭转工况的静态有限元强度仿真 分析具体包括： S11、 以摩擦焊 焊缝的几何中心线为建模的基准线； S12、 传动轴两端 的突缘叉、 节叉、 十字轴采用四面体网格， 轴身采用面网格， 焊缝处的 单元采用共节点的方式连接； 其中， 突缘叉、 节叉与十字轴的配合面使用刚性单元释放旋转 自由度的方法或建立接触面的方法连接， 轴间花键连接的部分可使用刚性单元释放沿轴向 的移动来实现连接； S13、 扭转载荷定义 按传动轴的实际安装状态约束传动轴的两端， 将最大试验扭矩和最小试验扭矩作为静 力分析两个工况的载荷条件； 最大 试验扭矩： Mmax=额定扭矩； 最小试验扭矩： Mmin=0.3×Mmax； S14、 有限元计算 将模型调入求解器进行计算， 输出基于S13中所述载荷得到的有限元计算结果以及节 点力， 作为 疲劳仿真 分析的载荷输入。 3.如权利要求2所述的一种用于评估摩擦焊铝合金传动轴扭转疲劳寿命的方法， 其特 征在于， 所述S2中， 传动轴扭转 疲劳寿命计算过程如下： S21、 建立摩擦焊 焊缝的疲劳仿真模型 根据实际几何尺寸测定或工程经验设定， 得到焊缝的宽度b、 焊缝距离母材表面的距离 e、 一端母材部件的厚度t1及另一端母材部件的厚度t2， 结合上述参数通过以下计算公式， 分别得到摩擦焊焊缝宽度b和母材部件料厚相关的指数K， 以及摩擦焊焊缝宽度b与距离母 材表面距离相关的指数 λ： λ=  ； 分别建立铝合金传动轴的环形摩擦焊焊缝， 将定义好的摩擦焊疲劳模型导入计算的界 面中； S22、 确定疲劳 分析载荷， 提取焊缝的节点力 将S1中按照扭转疲劳试验载荷计算的应力结果作为分析的应力幅， 提取焊缝的节点 力； S23、 S‑N曲线的确定 首先确定铝合金传动轴母材的S ‑N曲线， 在母材S ‑N曲线的基础上根据各种影响因素对权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114169208 A 2摩擦焊焊接接头进行修 正。 4.如权利要求3所述的一种用于评估摩擦焊铝合金传动轴扭转疲劳寿命的方法， 其特 征在于， 所述S3中， 传动轴摩擦焊 影响参数的修 正与选择， 具体包括： S31、 设置影响焊缝焊接质量的参数 对摩擦焊的焊接质量进行设定， 1为较差， 0.1为质量良好； S32、 设置影响焊缝中应力分量的参数； 在焊缝中选择结构应力法； 在等效应力中选择焊缝中点节点的应力,选择与焊缝相关 的三种应力中的最大应力作为摩擦焊 焊缝等效应力； S33、 利用S31和S32中的影响参数对S ‑N曲线进行修正。 5.如权利要求4所述的一种用于评估摩擦焊铝合金传动轴扭转疲劳寿命的方法， 其特 征在于， 所述S4中的传动轴扭转疲劳寿命评估， 是指对计算出来的传动轴疲劳寿命结果进行查 看和评估。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114169208 A 3