0 引言

重卡挡泥板安装支架是挡泥板的主要支撑结构。挡泥板的主要功能是防止车辆运行过程中泥土或石子飞溅，从而避免对车辆底板及其他部位造成破坏或损伤。因此，作为结构支撑件，挡泥板安装支架需具备一定的抗冲击能力。

重卡行驶工况较为恶劣，在长期疲劳与冲击载荷作用下，支架易发生失效断裂；若支架与车架刚度匹配不当，也可能导致车架搭接处出现结构损伤。设计过程中，常见改进措施包括增加安装点数量、提高底座与管梁厚度以提升结构强度，同时应保证支架与车架之间的刚度匹配。

某试验车在7500km耐久试验过程中，车辆行驶至4273km时后挡泥板支架发生断裂，如图1所示。该支架与车架端连接底座处应力较大，采用铸件Q355B（GB/T1591）；挡泥板端应力较小，采用薄壁管梁Q345B（GB/T8162-2018）。两段不同壁厚构件通过摩擦焊连接，以满足总成的整体强度与刚度要求。

图1 后挡泥板支架总成

本文通过对断裂样品进行系统失效分析，追溯其断裂根源，并提出针对性的改进措施，以避免类似失效再次发生。

1 材料分析

1.1 断口检测

断裂部位如图2所示。观察发现，裂纹起源并扩展于挡泥板支架圆管折弯拐角外侧R角处，并由此向周围扩展；裂纹并非起源于管梁与底座对焊处的热影响区。由图2b可见，该折弯拐角R角为典型应力集中区域。在车辆循环载荷作用下，该处应力集中明显，易萌生疲劳裂纹。

图2 断口位置

低倍变焦成像下的断口形貌如图3所示，断口呈快速扩展特征，未见明显塑性变形痕迹。

图3 低倍变焦成像下的断口形貌

扫描电镜下的断口形貌如图4所示。由图4a可见，裂纹源（箭头所示）位于管材外边缘，断面较平整且与主应力方向近似垂直，据此推断裂纹可能与外部机械作用（如冲击或异常振动引起的局部损伤）有关，并随后向内扩展。图4b的高倍形貌显示，裂纹沿晶界延伸，呈典型沿晶脆性断裂特征。

图4 扫描电镜下的断口形貌

为探究裂纹萌生机理，对裂纹源附近区域进行了能谱（EDS）分析，如图5所示。结果表明，白色突出物（点1、点2）中碳、氧、磷元素含量明显高于基体区域3，如图6所示。综合判断，这些白色突出物为非金属夹杂物。其在材料内部无序分布，在外载作用下易形成微观应力集中点，从而促进裂纹的萌生与扩展。

图5 端口能谱分析部位

图6 典型部位主要化学成分（wt%）

1.2 成分检测

采用SPECTROMAXx直读光谱仪（ICP-OES）对管材Q345的化学成分进行分析，结果见表1，并与标准规定值进行对比。结果显示，各元素含量均满足标准要求，判定该基体材料化学成分合格。

1.3 力学性能检测

采用CMT5605拉力机对管材进行了拉伸试验，力学性能测试结果见表2。其抗拉强度、屈服强度和断后延伸率都符合标准GB/T8162-2019中的的规定。

1.4 金相组织

采用ZEISSAXIOIMAGER.A2M金相显微镜对样片进行观察分析。首先依据GB/T10561-2023标准对夹杂物进行评级，发现材料中存在圆形、黑色且不均匀分布的D类球状氧化物，如图7所示，其级别为3级，高于常用验收要求（通常要求<3级）。

图7 非金属夹杂物图（100X）

此外，基体组织如图8所示，主要由铁素体与珠光体组成，未见异常组织形貌。

图8 金相组织（500X）

2 挡泥板支架强度CAE分析

采用HyperMesh软件对挡泥板支架进行建模，并装配常规9.5kg挡泥板。仿真中约束车架截断处，并定义挡泥板支架在X、Y、Z三方向的加速度载荷分别为5g、5g和10g的冲击工况，具体约束与载荷信息见表3。

在上述加载条件下进行CAE仿真分析结果表明：折弯拐角外侧R角处为最大应力位置，其中Z向最大应力为76.26MPa，显著低于材料屈服强度396MPa。同时，该处疲劳损伤值<1，满足设计寿命要求。

3 安装部位分析

对样车行驶记录进行回溯分析发现：车辆在强化路行驶至4139km时，挡泥板支架左上安装螺栓发生脱落；继续行驶134km后，挡泥板支架发生断裂。结果可见，左上安装部位存在明显更新/摩擦痕迹，且螺母表面较为光亮。

为排除螺栓拧紧力矩不足或自然衰减的影响，对同车型另一侧（未出现松动）的安装螺母力矩进行复测，其挡泥板支架安装螺栓力矩为153N·m。该挡泥板支架螺栓（M14）设计拧紧力矩为（180±27）N·m，复测结果未见明显衰减，说明力矩自然衰减并非主要因素。

4 分析与讨论

（1）断裂起源于折弯拐角外侧R角处。该部位在结构上属于应力集中区域，在弯曲与冲击交变载荷作用下易形成疲劳裂纹源。断口整体较平整，裂纹源区断面与主应力方向近似垂直，且裂纹沿晶界扩展，表明该失效具有明显的脆性断裂特征。同时，裂纹附近检测到非金属夹杂物，说明材料缺陷会进一步加剧局部应力集中，从而促进裂纹扩展。

（2）材料化学成分、力学性能及基体金相组织均满足相关标准要求。然而，夹杂物评级结果显示D类氧化物等级达到3级，存在超标风险，不满足常用技术验收要求。该类夹杂物属于材料固有缺陷，在与基体热膨胀系数不匹配的情况下易在界面处形成微裂纹或微观剥离，从而形成尖锐缺口并引起显著应力集中。在交变载荷作用下，裂纹更容易在该处萌生并快速扩展，导致支架疲劳寿命降低。

（3）AE分析表明，折弯拐角外侧R角处确为结构最大应力区域，但其应力水平显著低于材料屈服强度；同时，该点累计疲劳损伤值小于1，说明在正常约束与载荷条件下，该结构强度与寿命能够满足设计要求，且具有一定安全裕度。

（4）结合安装部位分析可知，挡泥板支架断裂的根本原因在于其与车架连接的一处固定螺栓先发生异常松动甚至脱落，使支架约束状态发生改变。对比同车型另一侧未松动螺母的力矩复测结果，可基本排除力矩自然衰减导致松动的可能，推测该螺栓存在非正常松动或连接失效。螺栓松动后支架自由度增加，局部产生异常微动与附加载荷，使应力集中进一步作用于薄弱部位（折弯拐角外侧R角处），最终导致疲劳裂纹从该处萌生并扩展直至断裂。建议在总装下线环节加强螺栓拧紧力矩的工艺控制与检测，确保连接预紧力可靠。

5 结语

综合断口特征、材料检测、金相评级、CAE仿真及安装部位信息可知，该挡泥板支架断裂属于连接失效诱发的疲劳断裂。其主要诱因是关键连接螺栓异常松动或脱落，导致支架约束失效并产生异常微动，最终在折弯拐角应力集中处萌生疲劳裂纹并发生断裂；而原材料中非金属夹杂物等级超标作为材料固有缺陷，加速了裂纹的萌生与扩展，属于次要促进因素。

据此，提出如下改进建议：

（1）将关键连接螺栓的拧紧力矩纳入工艺文件并加强过程监控与检测，确保预紧力稳定可靠。

（2）严格控制原材料质量，规范非金属夹杂物等级的验收标准，从源头降低材料缺陷风险。

通过工艺控制与材料质量双管齐下，可有效降低同类故障复发概率。

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