Vývoj metodiky více - osého dynamického testování materiálů pro automobilové konstrukční skupiny

Abstract

Cílem disertační práce je vytvoření ucelené metodiky testování automobilové konstrukční skupiny přední nápravy – těhlice. Navržená metodika se uplatní především při výběru vhodného technického řešení a materiálu pro tento vysoce namáhaný prvek nápravy. V teoretické části je popsán současný stav metod testování prvků přední nápravy a metoda konečných prvků (MKP) jako nástroj pro vytvoření 3D modelu a simulaci rozboru sil. Zároveň jsou zde rozebrány faktory, které výrazným způsobem ovlivňují, nebo limitují výběr materiálu. Jedná se například o měrnou hmotnost, chemické složení, mechanické vlastnosti, mez únavy, faktor anizotropie a další. Cílem práce je plánovaná změna vstupního materiálu těhlice vyrobené z tvárné litiny za pevnostní hliníkovou slitinu. V rámci experimentu byla původní hypotéza možnosti použití hliníkové slitiny potvrzena pomocí optického měření deformace na víceosém dynamickém zkušebním zařízení metodou digitální korelace obrazu (DIC). Byly sestaveny a definovány základní mezní jízdní stavy, brzda a průjezd zatáčkou. Naměřené výstupy byly porovnány s výpočty metodou konečných prvků (MKP). Těhlice pro experiment byla vyrobena pro konkrétní prototypové vozidlo SCX3 z hliníkové slitiny EN AW-7075 T6. Výsledky naměřených a vypočtených dat byly porovnávány se smluvní mezí kluzu a mezí únavy. Dále bylo využito vhodné únavové kritérium, které lze aplikovat pro víceosé cyklické zatěžování automobilní součásti. Únavové kritérium upravilo a zpřesnilo výsledky predikce.

The aim of the dissertation is to create a comprehensive methodology for testing the automotive front axle construction group - the weight. The proposed methodology will be applied primarily in the selection of a suitable technical solution and material for this highly stressed element of the axle. The theoretical part describes the current state of testing methods for front axle elements and the finite element method (FEM) as a tool for creating a 3D model and simulating force analysis. At the same time, factors that significantly influence or limit the choice of material are discussed here. These are, for example, specific weight, chemical composition, mechanical properties, fatigue limit, anisotropy factor and others. The goal of the work is the planned change of the input material of the block made of ductile iron to a high-strength aluminum alloy. As part of the experiment, the original hypothesis of the possibility of using an aluminum alloy was confirmed by optical measurement of deformation on a multiaxis dynamic testing device by the digital image correlation (DIC) method. Basic driving limit states, braking and cornering were compiled and defined. The measured outputs were compared with the finite element method (FEM) calculations. The ingot for the experiment was made for a specific SCX3 prototype vehicle from EN AW-7075 T6 aluminum alloy. The results of the measured and calculated data were compared with the proof yield strength and fatigue strength. Furthermore, a suitable fatigue criterion was used, which can be applied for multiaxial cyclic loading of an automotive component. The fatigue criterion modified and refined the results of the prediction.