基于失效模式的后桥耐久性快速试验

以一款紧凑型轿车扭转梁后桥为对象,结合其在试车场试验时失效模式,通过对试车场路况下后桥服役载荷的损伤分析和信号压缩,编制了后桥耐久性快速试验载荷谱。同时结合以往研究成果中失效关联载荷的识别,制定了该后桥耐久性快速试验方案,并通过台架试验进行验证。结果显示,所制定的仅通过垂向加载的后桥耐久性快速试验,可以准确地复现后桥在试车场路况下的失效模式,并且实现了3.9倍的加速。这一方法可以推广至其他汽车零/部件耐久性快速试验规范的编制,对准确地验证整车及零/部件耐久性里程具有一定的参考价值。     

扭转梁后桥耐久性快速评价

根据对载荷实际作用效果的认识,确定了危险测点信号的无效载荷区间,编制了多级程序载荷谱。明确了造成后桥失效的主要关联载荷,对台架试验加载方式进行了简化。在此基础上,完成了扭转梁后桥快速加载试验,结果显示:台架试验失效部位与道路试验一致,能够实现耐久性快速评价,加速系数为5.68。     

载荷发生频次和超载迟滞的耐久性载荷谱编制方法研究

国内所编制的所有型号飞机的载荷谱,均是代表机队平均使用情况的疲劳载荷谱,而未编制耐久性载荷谱,解决这些问题无论是对我国新一代飞机的研制,还是对旧型飞机使用延寿都迫在眉睫。本文在研究与总结现有载荷谱编制方法及载荷谱处理的关键技术基础上,提出了两种耐久性载荷谱的编制方法:1)对各级载荷发生频次进行概率统计,增大各级载荷发生频次,进而形成较为严重的耐久性载荷谱,即基于载荷发生频次的耐久性载荷谱编制方法; 2)将载荷谱中的高载降低为较低级载荷,削弱其对后续小载荷的迟滞效应,使得所编制的载荷谱偏严重,即基于超载迟滞效应的载荷谱编制方法。根据上述两种耐久性载荷谱的编制思想,编制了基准载荷谱和两种耐久性载荷谱,并对这两种载荷谱进行对比试验。通过试验结果证明,本文提出来的两种编制方法均可以达到预期的严重效果,满足耐久性载荷谱的编制要求。     

基于轴头垂向加速度响应的车轮载荷推断方法研究

介绍一种可替代六分力测量车轮垂向力载荷的测量新方法。通过对某轿车车轮的轴头垂向加速度和车轮垂向力时域信号进行分析,建立了轴头与车轮之间的线性模型。利用实时信号转化法和数理统计的方法对采集得到的车轮垂向载荷和轴头垂向加速度信号的实时数据进行统计分析,得到了在试车场道路下轴头垂向加速度和车轮垂向力信号之间的统计推断模型。以某车型轿车车轮进行验证试验,利用四立柱道路模拟试验台对该轿车车轮垂向载荷和轴头垂向加速度进行标定,并且进行了试车场道路载荷谱采集。通过对比采集到的车轮垂向力载荷谱与推断的车轮垂向力载荷谱,验证了该模型的有效性,研究结果表明:基于轴头加速度响应的车轮载荷估计方法切实可行。     

高速列车转向架构架载荷特征及疲劳损伤评估

利用载荷标定方法制作轴箱弹簧力传感器和一系减振器力传感器,线路测试得到动车转向架构架的垂向载荷时间历程。结合车载GPS信号和陀螺仪信号,分析列车起动加速、高低速直线运行、线路曲线通过、电机扭矩波动、制动停车等典型工况下构架载荷的变化特征。采用有限元仿真分析的方法确定构架端部的疲劳危险区域及载荷与应力的传递关系,进而编制构架在轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷和耦合载荷作用时的应力幅值谱,最后依据疲劳损伤线性累计准则计算得到构架的疲劳损伤分布。研究结果表明,与构架非动力侧相比,构架动力侧轴箱弹簧载荷受电机输出扭矩的影响较大,尤其在列车起动、制动、电机扭矩波动等工况载荷变化明显。在轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷单独作用时,构架端部的应力较大位置分布基本一致,最大载荷-应力传递系数为6.56 MPa/kN。在耦合载荷作用下,构架端部各测点处的疲劳损伤值均高于轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷的单独作用。列车由速度200km/h增大至350km/h时,构架一位侧疲劳危险点的累计损伤值由0.078增大至0.435,增大了约4.6倍。在同一速度级下,一系减振器载荷产生的疲劳损伤影响参数大于轴箱弹簧载荷。研究结果可为焊接构架的优化设计及仿真分析提供一定理论参考。     

基于小波变换的汽车零部件加速耐久性载荷谱编辑方法研究

介绍基于小波变换的汽车零部件加速耐久性载荷谱编辑方法的研究。利用Daubechies小波函数(db12)对零件的载荷谱信号进行小波分解,得到不同尺度下的高频和低频下的小波系数,对高频小波系数进行重构,得到高频小波分量。基于分解后高频小波分量,利用包络线损伤识别法,将损伤贡献较大的信号片段从原始信号中识别并提取出来,通过编辑得到零件的压缩载荷谱。以汽车动力总成悬置的载荷谱为例,进行了基于小波变换和基于损伤保留两种方法的编辑。结果表明,基于小波变换的载荷谱编辑方法得到的压缩载荷谱在统计参数(均值、方均根与峰值系数)、能量及信号的幅值分布等方面均与原始载荷谱吻合,可以达到与原始载荷谱相同的加载效果,说明该编辑方法可用于汽车零部件的加速耐久性试验研究中。     

某轿车摆臂疲劳试验载荷谱编制及寿命预测

传统编谱方法对低幅载荷只考虑其损伤作用,没有考虑零件的低载强化特性。以某轿车摆臂为对象,编制了耐久性试验用程序载荷谱,再分别按照传统损伤理论与低载强化理论预估零件的疲劳寿命,比较分析两种理论在疲劳寿命预测上的差异。台架试验结果表明,考虑低载强化作用的寿命预测方法对零部件的寿命预测具有更高的精度,这对汽车零部件耐久性试验失效模式和耐久性里程的更精确推断具有重要意义。     

装载机工作装置疲劳试验载荷谱编制方法

为研究装载机工作装置疲劳性能,提出了一种考虑分段载荷均值特性的工作装置疲劳试验程序载荷谱的编制方法,采集了4种典型物料铲装作业时工作装置的销轴载荷信号,并将销轴载荷转化为铲斗斗尖处的当量载荷。根据载荷特性,将每个作业周期分为空载行进、物料铲装、满载运输和物料卸载4段,完成了载荷的平稳性检验。采用雨流计数法分析各个作业段载荷的均幅值分布特性,结果表明：4个作业段的载荷均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布,且均值和幅值分布相互独立。对载荷进行频次外推和合成,并根据均幅值概率分布函数和波动中心法,编制了工作装置8级二维载荷谱和变均值疲劳试验程序加载谱。提出的载荷谱编制方法和结果可为装载机工作装置结构寿命预测及疲劳可靠性台架试验提供参考。     

机械零部件疲劳载荷谱编制

本文研究了进行机械零部件疲劳试验所需的疲劳载荷谱的编制方法，研究了载荷谱的统计以及应力幅的威布尔分布的拟合方法，利用叉车门架载荷实测的数据，进行了门架疲劳载荷谱的编制，可用于门架的室内动态模拟加载试验。     

高速动车组减振器载荷特征研究

减振器的主要功能是提供阻尼力以衰减和抑制车辆系统振动,对高速动车组动力性能有十分重要的影响。既有研究主要将减振器处理为阻尼力以研究车辆系统动力性能,极少从动力学和结构可靠性角度关注减振器自身承受的载荷。制作某型高速动车组转向架抗蛇行减振器、轴箱减振器、二系横向和垂向减振器测力元件,在大同-西安高速线路上测试并获得该型动车组运行过程中四种减振器载荷引起的应变信号。对测试数据进行处理和分析,获得高速动车组运行工况下四种减振器载荷的时间历程,分析减振器载荷的时域和频域特征。采用雨流计数法统计减振器载荷峰谷值和频次,获得不同速度等级下载荷分布。结果表明,高速动车组抗蛇行减振器载荷最大、二系横向减振器载荷最小。轴箱减振器相对速度最大、二系横向减振器相对速度最小。减振器载荷总体上呈正态分布,而且一般有列车运行速度越高减振器载荷越大。列车正线行驶时曲线半径对轴箱减振器、二系垂向减振器以及二系横向减振器载荷影响不明显,列车速度和线路小半径曲线对抗蛇行减振器载荷影响明显。     

某型轿车摆臂程序载荷谱编制研究

通过实测摆臂试车场道路载荷谱,对摆臂目标测点载荷谱进行了统计分析,综合考虑结构的低载强化特性与传统载荷谱编制方法,提出了一种包含具有强化效果载荷的程序载荷谱编制方案。该方案依据摆臂结构的低载强化特性删除了大量无效载荷,同时保留了载荷谱中具有强化效果的载荷,并研究了强化载荷之间的等强化准则,将强化载荷折算到最佳强化载荷等级,减少了强化载荷试验频次,能够快速、真实地模拟出汽车零部件实际受载情况,试验加速效果明显。     

车下设备承载结构疲劳试验载荷谱编制方法*

提出多载荷时间历程的外推方法,给出车下设备承载结构疲劳试验载荷谱编制方法。基于载荷时间历程的雨流计数矩阵,利用二维核密度估计方法(Kernel density estimation, KDE),提出在多载荷时间历程输入条件下的外推方法;应用平均应力修正公式、累积损伤理论和等效损伤准则,根据外推载荷数据,给出疲劳试验程序谱的编制方法;结合动车组车下设备线路测试数据对外推方法进行验证,编制了车下设备承载结构疲劳试验程序谱,并分别使用疲劳试验程序谱和振动测试数据对承载结构进行疲劳强度计算。数据外推结果表明：多载荷时间历程外推方法计算的损伤与实际载荷损伤误差为3.6%,大的扩展倍数下KDE可以给出低周、大幅值载荷;疲劳强度计算结果表明：由于KDE外推产生了大幅值载荷,疲劳试验程序谱计算的损伤比振动测试数据计算的损伤增加了43.8%,所以,在进行疲劳试验载荷谱编制时,需要计算可能出现的大幅值载荷。此研究为其他结构程序载荷谱的编制提供借鉴案例。     

基于多轴载荷的汽车控制臂疲劳载荷块编制

目前大多数控制臂台架疲劳载荷为单向加载的块谱,忽略了载荷的多轴性。依据已测得的控制臂试验场道路载荷谱,通过多轴雨流投影方法分析了其载荷的多轴性,并以多轴雨流投影结果一致为目标,通过迭代方法求解获得其考虑载荷多轴性的载荷块谱。再通过疲劳计算方法对比了单轴与多轴载荷块在寿命预测的差异性,并与控制臂应变采集测试点的疲劳损伤对比,发现考虑多轴的载荷块具有更高的预测精度。载荷多轴性的载荷块编制方法可为汽车其他零件台架疲劳载荷块编制提供参考。     

基于道路载荷的汽车结构件可靠性试验方法研究

基于疲劳伪损伤相关性分析,建立了与道路载荷等效的程序载荷谱;对构件疲劳寿命进行了威布尔分析,建立了在一定置信度、可靠度条件下最少样件的可靠性试验方案。通过变速箱支架台架可靠性试验,复现了与道路试验相同的失效模式、疲劳失效寿命,分析了影响变速箱支架疲劳寿命的因素,并验证了试验方法的有效性。     

装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱编制方法研究

为了使装载机驱动桥疲劳试验更加真实地反映装载机实际作业情况,研究了装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱的编制方法。在扭矩加载谱的编制过程中,根据装载机驱动桥实际扭矩特性,提出了驱动桥疲劳试验时前传动轴正反转加载的方法,确定了前传动轴载荷谱的分级数、载荷循环阈值和疲劳试验时的转速。结果表明：依据前传动轴正反转加载的方法处理的等效效果与装载机实际作业情况相一致,很大程度地降低疲劳试验难度;疲劳试验时前传动轴转速的选择方法可使疲劳试验更加真实地模拟装载机实际作业情况;加载一个强化疲劳试验加载谱块需11.4 h,相当于装载机实际作业609.2 h,明显加快了驱动桥疲劳试验的进程。     

基于多参数特征保留的载荷谱加速耐久性编辑

为了得到时间更短加载效果相同的加速耐久性试验载荷谱,提出了基于多参数特征保留的载荷谱编辑方法。该方法同时考虑载荷谱的损伤、功率谱密度以及统计参数等信息,对零部件载荷谱的时间进行压缩。以汽车悬架螺旋弹簧的载荷谱为例,采用该方法进行缩减,同时从多个参数特征方面与传统的基于损伤保留的编辑方法所得到的载荷谱进行对比。为了进一步验证编辑效果,采用编辑谱和原始谱对弹簧进行疲劳仿真。结果表明,该方法能够有效缩短汽车零部件的载荷谱,可得到与原始载荷谱具有相同加载效果的编辑载荷谱。     

用户关联的驱动桥试验场耐久性试验规范研究

为实现驱动桥用户与试验场耐久性之间的关联,提出了基于用户和试验场道路实测数据制定试验场耐久性试验规范的方法。以采集的用户扭矩载荷为基础,结合挡位和转速等信号,基于旋转雨流计数和非参数核密度估计方法,预测了用户在不同挡位下驱动桥Total（包含轴载荷和齿载荷）载荷分布模型。关联试验场各个特征工况的系数损伤矩阵,建立了“用户试验场”多目标优化模型。运用带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）,以试验场实际使用情况为依据设置约束条件,求解了多目标优化模型并选取出了最优解。从载荷相对损伤和载荷分布角度,验证了优化模型解的有效性。研究结果表明：所制定的试验场试验规范其总里程约为46 133.3 km等效于用户实际行驶200 000 km,路面强化系数为4.34。本研究为更加有效地制定驱动桥试验场耐久性试验规范、合理评价整车及其零部件耐久性与可靠性提供了参考及依据。     

基于路谱载荷的副车架加速耐久台架试验的开发与应用

以试验场路试中某车型前副车架控制臂安装点处焊缝开裂失效为研究对象,对控制臂的路谱载荷进行了采集。将控制臂安装点处的路谱载荷,运用雨流计数法,并根据虚拟的S-N曲线和Miner线性疲劳损伤累积理论,得到路谱载荷下控制臂安装点的伪损伤。根据损伤等效原理,反推出在一定循环次数下,与路谱载荷损伤等效的等幅载荷的幅值。利用等幅载荷对副车架进行加速耐久台架试验验证,发现失效模式、失效寿命与试验场整车试验取得了较好的相关性。通过加速耐久台架试验,快速验证了改进方案,并通过了后续的试验场路试验证。     

THEORETICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTAL VERIFICATION ON TERNARY-WAVES METHOD TO COMPILE ACCELERATED SPECTRA

The equivalent damage calculation formulae of fatigue crack formation and growth are established. In order tocompile the fatigue crack formation and growth accelerated load spectra, the main wave shapes and load sequence of theactual load spectrum are kept constant, and the carrier waves are cut off. And secondary waves are put together into newsecondary waves to shorten the test time according to the equivalent damage calculation formulae respectively. Then bythe fatigue cumulative damage calculation of the fatigue crack formation and growth accelerated load spectra, the onecorresponding to the bigger damage is determined as the fatigue accelerated test load spectrum. Therefore in the test process, the fatigue accelerated test spectrum may be applied till fatigue failure, the engineering fatigue crack length of full-scale structure need not be inspected, and the fatigue crack formation accelerated load spectrum need not be transferredinto the fatigue crack growth accelerated load spectrum. Finally, it