彭志君 陳丙三 許明三

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

汽車零件產(chǎn)品再制造是一項(xiàng)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(jì)資料顯示，再制造一臺(tái)汽車所需能耗只占新汽車的1/6，再制造一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所需能耗只占新制造發(fā)動(dòng)機(jī)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(tái)汽車發(fā)電機(jī)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(shí)也避免了生產(chǎn)新產(chǎn)品帶來(lái)的污染;汽車零件產(chǎn)品再制造存在巨大的商業(yè)利潤(rùn)空間，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益［2］。因此，研究再制造汽車零件產(chǎn)品的壽命評(píng)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(píng)估實(shí)踐方法主要有三類［3］：

第一、基于疲勞試驗(yàn)的壽命預(yù)測(cè)。該方向的研究始于1829年，德國(guó)W.A.J.Albert提出的疲勞問題研究報(bào)告，直到20世紀(jì)，Orowan和Irwin將斷裂力學(xué)注入疲勞機(jī)理研究，為壽命預(yù)測(cè)提供了新的有力工具。

汽車零部件疲勞壽命預(yù)測(cè)極為復(fù)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(yīng)力分布情況、應(yīng)力系數(shù)、斷裂情況等)和疲勞載荷(工作載荷、應(yīng)力響應(yīng))等參數(shù)，借助基本數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境引述進(jìn)行輔助實(shí)驗(yàn)得出零件的疲勞極限、裂紋萌生壽命、疲勞裂紋擴(kuò)展情況，從而預(yù)測(cè)出零件的壽命。該研究方法的缺點(diǎn)是：試驗(yàn)過程繁雜、費(fèi)用相對(duì)較高，且壽命預(yù)測(cè)精度與實(shí)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(jì)算預(yù)測(cè)壽命。ANSYS開發(fā)出汽輪機(jī)葉片壽命分析軟件BLADE，國(guó)外還有一些運(yùn)用有限元程序進(jìn)行裂紋擴(kuò)展和壽命預(yù)測(cè)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(lái)說(shuō)需要實(shí)現(xiàn)了解三個(gè)方面的數(shù)據(jù)，第一是汽車零件材料特性，二是外加被測(cè)零件上的載荷，三是該零件的局部應(yīng)力或應(yīng)變分布。其主要應(yīng)用有限元理論，根據(jù)零件實(shí)際工況下載荷和幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)力應(yīng)變變化情況，(其應(yīng)力變化曲線情況)計(jì)算動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)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(diǎn)是：在一定程度上解決試驗(yàn)時(shí)間久、耗費(fèi)較大的問題，但預(yù)測(cè)精度依賴于對(duì)零件本身情況了解的準(zhǔn)確程度;

第三、采用金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)壽命。金屬磁記憶(MetalMagnetic Memory，MMM)檢測(cè)技術(shù)是一種新興無(wú)損檢測(cè)方法，被認(rèn)為是21世紀(jì)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(shè)備在應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生的自有漏磁場(chǎng)的無(wú)損檢測(cè)方法。應(yīng)用磁記憶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備故障診斷的整體思路是先由磁記憶檢測(cè)儀可以直接顯示由磁敏傳感器測(cè)得的磁信號(hào)的垂直分量(Hp(y))及磁場(chǎng)強(qiáng)度K的波形圖，根據(jù)垂直分量過零點(diǎn)及梯度最大值，判斷應(yīng)力集中區(qū)的位置。如果要對(duì)復(fù)雜的工程進(jìn)行檢測(cè)，也可將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，利用數(shù)學(xué)模型做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理分析，從而預(yù)測(cè)出其壽命。金屬磁記憶現(xiàn)象檢測(cè)是目前唯一能以高精度(1mm)檢測(cè)構(gòu)件應(yīng)力集中區(qū)域的無(wú)損檢測(cè)方法，既能檢測(cè)宏觀缺陷又能檢測(cè)微觀缺陷，并實(shí)現(xiàn)早期診斷。無(wú)需專門的磁化裝置就能對(duì)鐵磁性構(gòu)件進(jìn)行可靠的檢測(cè)，不需對(duì)被檢構(gòu)件表面涂層進(jìn)行清理或其他預(yù)處理，探頭提離效應(yīng)小(提離20mm以內(nèi)對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響不大)，設(shè)備輕便，自帶電源，有記錄裝置，操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，重復(fù)性和可靠性好。

結(jié)論

汽車零件產(chǎn)品壽命評(píng)估的意義在于：研究材料的性能退化、破壞與失效機(jī)理;研究檢測(cè)材料失效的方法與評(píng)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(duì)裝備進(jìn)行維修、關(guān)鍵部件材料性能改良及延長(zhǎng)壽命的可行方法。當(dāng)前我國(guó)汽車再制造產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)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(jìn)行研究和創(chuàng)新。

［1］張國(guó)慶;零件剩余疲勞壽命預(yù)測(cè)方法與產(chǎn)品可再制造性評(píng)估研究［D］;上海交通大學(xué);2007;

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

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

［4］董麗虹，徐濱士，董世運(yùn)，王丹.［J］.中國(guó)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(yù)估研究［D］.南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007

［6］張慧，高立新;金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械設(shè)備早期故障診斷中的應(yīng)用概述［J］，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012.10