再制造汽車零件產(chǎn)品的壽命評估方法比較

彭志君 陳丙三 許明三

(1.江西信息應用職業(yè)技術(shù)學院，江西 南昌330047;2.福建工程學院，福建 福州350108)

汽車零件產(chǎn)品再制造是一項新型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。一方面，它具有良好的環(huán)保性和節(jié)能性，可以節(jié)約資源，減少污染，是可持續(xù)發(fā)展的選擇［1］。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，再制造一臺汽車所需能耗只占新汽車的1/6，再制造一臺發(fā)動機所需能耗只占新制造發(fā)動機能耗的1/11，洗車關(guān)鍵件再制造能耗只占新件能耗的1/2，而新制造一臺汽車發(fā)電機所需能耗是其再制造品的7倍。再制造不僅能最大限度的節(jié)約資源與能源，同時也避免了生產(chǎn)新產(chǎn)品帶來的污染;汽車零件產(chǎn)品再制造存在巨大的商業(yè)利潤空間，有著良好的經(jīng)濟效益［2］。因此，研究再制造汽車零件產(chǎn)品的壽命評估方法，在提倡綠色制造的今天具有非常積極的意義。目前，剩余壽命評估實踐方法主要有三類［3］：

第一、基于疲勞試驗的壽命預測。該方向的研究始于1829年，德國W.A.J.Albert提出的疲勞問題研究報告，直到20世紀，Orowan和Irwin將斷裂力學注入疲勞機理研究，為壽命預測提供了新的有力工具。

汽車零部件疲勞壽命預測極為復雜，一般通過輸入其結(jié)構(gòu)屬性(結(jié)構(gòu)尺寸、連接、材料表面情況等)、基本數(shù)據(jù)(應力分布情況、應力系數(shù)、斷裂情況等)和疲勞載荷(工作載荷、應力響應)等參數(shù)，借助基本數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境引述進行輔助實驗得出零件的疲勞極限、裂紋萌生壽命、疲勞裂紋擴展情況，從而預測出零件的壽命。該研究方法的缺點是：試驗過程繁雜、費用相對較高，且壽命預測精度與實際工況環(huán)境下部件的壽命有一定的差距。

第二、利用有限元模擬計算預測壽命。ANSYS開發(fā)出汽輪機葉片壽命分析軟件BLADE，國外還有一些運用有限元程序進行裂紋擴展和壽命預測的研究，都取得了一定的效果［5］。

基于有限元分析的疲勞壽命分析方法傳統(tǒng)有限元疲勞壽命分析模型是通用的，一般來說需要實現(xiàn)了解三個方面的數(shù)據(jù)，第一是汽車零件材料特性，二是外加被測零件上的載荷，三是該零件的局部應力或應變分布。其主要應用有限元理論，根據(jù)零件實際工況下載荷和幾何結(jié)構(gòu)計算中的應力應變變化情況，(其應力變化曲線情況)計算動態(tài)應力應變響應。根據(jù)應力應變響應曲線，結(jié)合材料參數(shù)和疲勞損傷模型，就可以得出疲勞壽命。該方法的特點是：在一定程度上解決試驗時間久、耗費較大的問題，但預測精度依賴于對零件本身情況了解的準確程度;

第三、采用金屬磁記憶檢測技術(shù)預測壽命。金屬磁記憶(MetalMagnetic Memory，MMM)檢測技術(shù)是一種新興無損檢測方法，被認為是21世紀最有前景的診斷技術(shù)之一。它是基于記錄工作載荷作用下，設備在應力集中區(qū)產(chǎn)生的自有漏磁場的無損檢測方法。應用磁記憶檢測技術(shù)進行機械設備故障診斷的整體思路是先由磁記憶檢測儀可以直接顯示由磁敏傳感器測得的磁信號的垂直分量(Hp(y))及磁場強度K的波形圖，根據(jù)垂直分量過零點及梯度最大值，判斷應力集中區(qū)的位置。如果要對復雜的工程進行檢測，也可將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上，利用數(shù)學模型做進一步的數(shù)據(jù)處理分析，從而預測出其壽命。金屬磁記憶現(xiàn)象檢測是目前唯一能以高精度(1mm)檢測構(gòu)件應力集中區(qū)域的無損檢測方法，既能檢測宏觀缺陷又能檢測微觀缺陷，并實現(xiàn)早期診斷。無需專門的磁化裝置就能對鐵磁性構(gòu)件進行可靠的檢測，不需對被檢構(gòu)件表面涂層進行清理或其他預處理，探頭提離效應小(提離20mm以內(nèi)對檢測結(jié)果影響不大)，設備輕便，自帶電源，有記錄裝置，操作簡單，靈敏度高，重復性和可靠性好。

結(jié)論

汽車零件產(chǎn)品壽命評估的意義在于：研究材料的性能退化、破壞與失效機理;研究檢測材料失效的方法與評定材料失效的判據(jù);估算結(jié)構(gòu)的安全服役壽命;提出對裝備進行維修、關(guān)鍵部件材料性能改良及延長壽命的可行方法。當前我國汽車再制造產(chǎn)品壽命預測的研究剛剛起步，需要依據(jù)基本理論和方法，再結(jié)合具體的再制造產(chǎn)品進行研究和創(chuàng)新。

［1］張國慶;零件剩余疲勞壽命預測方法與產(chǎn)品可再制造性評估研究［D］;上海交通大學;2007;

［2］http：//baike.baidu.com/view/1283614.htm

［3］徐濱士等。面向2l世紀的綠色再制造，中國表面工程，1999，45(4)：l-4

［4］董麗虹，徐濱士，董世運，王丹.［J］.中國表面工程.2010(02)

［5］韓魯明.基于CAE技術(shù)的某半掛車車架疲勞壽命預估研究［D］.南京理工大學碩士學位論文，2007

［6］張慧，高立新;金屬磁記憶檢測技術(shù)在機械設備早期故障診斷中的應用概述［J］，機械設計與制造，2012.10