疲劳耐久性评价技术研究综述

疲劳载荷谱处理是疲劳耐久分析的关键环节。在载荷谱的获取方面,综述并分析了虚拟路面法和载荷迭代法的优势和劣势。在载荷谱的处理方面,综述了增大幅值法、峰谷抽取法、增加频率法、时域关联编辑法等7种载荷谱处理方法,分析结果表明基于时域、频域或者将两者结合对载荷谱特征及信息进行提取,基于疲劳寿命损伤理论对载荷谱进行简化,能进一步加快疲劳分析的流程、缩短研究时长。在疲劳分析方法方面,分析了不同疲劳分析方法的优势和劣势,结果表明在疲劳分析过程的不同阶段选择合适的疲劳分析方法可以获得精度更高的疲劳预测结果,能更高效地获得车辆目标零部件的疲劳寿命。在疲劳耐久台架试验验证方面,针对台架试验的迭代过程存在迭代收敛较慢的问题,提出未来可以尝试通过神经网络的方式来对传递函数进行学习,以期获得更好的迭代效果,获得更为准确的驱动信号,提高疲劳分析的效率。

重载沥青路面结构设计轴载及力学响应分析

为了探究重载沥青路面结构设计轴载参数及力学响应分析,基于鲁中地区的高速公路实测车辆轴载数据,分析其轴载谱确定本地区的沥青路面结构设计轴载参数,拟定2种沥青路面结构及计算模型参数,利用麦路(M-Pave)软件计算在135 kN和100 kN轴载水平下路面结构的剪应力和水稳层层底拉应力并进行结构寿命预估。结果表明:确定以单轴双轮胎135 kN作为本地区重载交通设计代表轴载。结构1的剪应力峰值出现在距路表深度1~2 cm处,结构2的剪应力峰值出现在路表下2~4 cm处。2种轴载水平下剪应力随距路表深度的变化趋势基本一致,随着深度的增加,剪应力逐渐减小。2种路面结构剪应力计算表现为在路表下0~12 cm深度范围内剪应力值为140~280 kPa,在12~30 cm深度范围内剪应力值为50~140 kPa,其中设计代表轴载135 kN下的最大剪应力比标准轴载100 kN下最大剪应力增加15%~16%。在相同轴载水平下,结构2的水稳层底拉应力较结构1增加约10%。在相同路面结构下,设计代表轴载135 kN下的水稳层底拉应力比标准轴载100 kN增加约34%。当交通量达到重、特重交通荷载等级时,不同轴载水平下2种结构的水稳层结构寿命均超过了40 a,其中结构2的沥青层寿命可达到18~34 a,结构1的沥青层永久变形寿命为10~23 a。

Study of Load Modeling Technology on Hardware-in-the-Loop Simulator of Gun Servo System

A hardware-in-the-loop (HWIL) simulator for gun servo system is described in this paper, and its load modeling technologies,such as road spectrum model,sea wave model are studied. The simulation results show that the models can be used in HWIL and satisfy the requirements of hardware-in-the-loop simulator of gun servo system.

基于道路载荷谱的某副水箱支架振动试验

针对某车型副水箱支架在道路耐久试验过程中出现的钣金开裂失效问题,采集副水箱支架路试道路载荷谱,计算路试总损伤并根据振动损伤等效原则,合成得到合适加速台架振动试验的驱动功率谱密度(PSD)。在道路耐久性试验中损坏的原状态样件按此PSD进行振动试验验证,样件失效模式、时间与整车路试结果一致,关联性好;利用该PSD对优化后的样件进行加速振动试验验证,通过加速振动试验的优化样件也通过了整车路试验证,该方法为样车开发节省了路试验证时间。

虚拟试验场RGR路面模型重构研究

路面模型是虚拟试验场车辆舒适性分析,道路载荷谱分析等必不可少的输入。为了将国内西部某汽车试验场的真实道路转换为路面模型,首先采用PPS激光扫描仪,IMU惯导模块,GNSS基站等设备集成的移动路面扫描系统进行扫描,获得了物理道路的3维扫描点云。然后采用样条曲线拟合道路中心线,并沿中心线构建2维平面栅格点。接着以自然相邻点插值法计算平面栅格点的高程值。最后将3维栅格点云转换为可在多体动力学仿真软件ADAMS中使用的RGR(regular grid road)路面模型。以重构的路面模型为基础,结合FTire轮胎模型,整车多体动力学模型搭建起完整的虚拟试验场仿真系统。为了检验仿真精度,采用带有轮心六分力仪,加速度传感器的路谱采集车进行道路谱载荷采集试验。在大特征破坏路面坑洼路和平稳随机型路面鹅卵石路下,轮心垂向力和轮心垂向加速度等仿真结果与实测数据均吻合良好,表明重构的路面模型及其虚拟试验场具有较好的精度。

基于虚拟试验场的扭矩对疲劳耐久仿真的影响

目前虚拟试验场(VPG)因开发周期短、成本低而得到广泛运用,但由于多体仿真模型与实际模型存在一定的差异,提取的硬点扭矩精度无法得到保证,故基于虚拟试验场的疲劳耐久分析可靠性存在疑义。论文以后副车架和车身为研究对象,基于虚拟试验场路面提取后副车架和车身的硬点载荷谱;分别以有扭矩和无扭矩载荷谱进行疲劳耐久仿真分析;对比疲劳耐久仿真分析的结果。对比结果显示,有扭矩和无扭矩疲劳耐久仿真分析的损伤值比值介于0.54~0.99。总体而言,基于虚拟试验场的扭矩对疲劳耐久仿真的影响较小;在扭矩精度无法保证的情况下,不影响疲劳耐久仿真分析的整体结果,从而也证明了基于虚拟试验场的疲劳耐久仿真分析的可靠性。

基于虚拟迭代的越野车零部件载荷谱求解技术简介

可靠有效的载荷谱是整车零部件疲劳耐久性分析的关键。简要介绍了基于虚拟迭代的载荷谱求解技术。该技术将强化路况的路谱采集、信号处理、整车多体动力学模型和Femfat迭代计算技术结合在一起,再现了道路载荷谱的采集过程。迭代过程中,以试验采集的载荷谱作为外部激励输入,以轮心垂向位移代替轮心垂向力,加之其它5个轮心分力,共同驱动模型,得到零部件载荷谱.

商用车后挡泥板支架失效改进与检验标准制定

针对商用车挡泥板支架产品在开发过程中因制造工艺缺陷失效的情况,提出一种基于实测路谱数据的计算机辅助工程(CAE)仿真与台架对比验证流程。首先确定失效模式;其次判定失效部位的工艺缺陷;再次进行工艺改进,并结合实测路谱对改进前后样件进行CAE仿真与台架对比验证;最后制定产品的检验标准,后续使用跟踪显示,改进效果良好。研究表明此验证流程可对挡泥板支架产品失效情况做出准确有效的改进方案,为后续同类悬臂梁结构产品的开发提供流程借鉴。

基于道路载荷谱的减振器服役特性分析

为了通过试验更准确地揭示双筒式减振器服役过程性能退化的情况,在充分了解减振器工作状态及生热与传热的基础上,以某试验场采集的道路载荷谱作为驱动信号输入,并结合3种不同的工作温度为变量,准确获得了双筒式减振器在服役期间阻尼性能退化曲线。结果表明:在特定载荷谱工作的条件下,减振器的阻尼值会随着工作温度的增长而减小,其服役期间工作温度越高,减振器性能退化越快。减振器在服役期间受油液工作温度的影响较大,温度的变化会引起油液属性的变化,从而影响减振器的阻尼特性,最终影响减振器服役特性的退化速率。

汽车行驶路况识别与划分方法研究

为调研汽车使用路况,真正了解现场路面信息,研究了基于国际平整度指数(IRI)的路面等级便捷识别与划分方法。建立IRI识别路面等级的数学模型,通过道路模拟试验结果进行有效性验证,构建通过样车简配传感器方案及等里程分割方法识别路面等级及其里程分布,结果表明,基于IRI识别路面等级结果与功率谱密度数据吻合良好,所有的技术方法能够快速获取路况及其分布的信息,具有良好的可操作性、有效性。

基于车速影响的比利时路强化系数研究

为研究汽车试验场中的比利时路对汽车耐久性试验的强化效果,研究比利时路强化系数与车速之间的关系。以某中型SUV为试验车辆,通过安装车辆六分力等设备采集车辆的道路载荷谱。通过功率谱分析、分布特性检验等方法介绍了载荷谱的分析处理过程。计算得出了车辆在标准用户道路行驶及比利时路行驶的相对伪损伤,得到了车速与比利时路强化系数的关系曲线。研究结果表明,频段在30 Hz以下的载荷对整车的损伤贡献最大。同时比利时路的整体强化效果较为明显,强化系数范围约为43.3~379.6,且其强化系数与车速相关,随着车速由30 km/h增加至60 km/h的过程中,强化系数先增大后减小,且在车速为50 km/h时达到峰值。道路强化系数的制定可指导企业进行疲劳耐久试验规范的编制工作,缩短规范开发周期。

路谱台架试验研究

介绍了MTS四立柱道路模拟系统的组成和其核心算法RPC的原理,利用该设备从两个方面来验证路谱输人道路模拟机进行汽车耐久性试验的可行性,一方面,道路高程在道路模拟机上再现的台架试验,另一方面,路面载荷谱输入到四立柱道路模拟机的台架试验,结果表明,路面高程可以精确再现,汽车载荷谱为期望响应的台架耐久性道路模拟试验模拟效果良好。

基于实测载荷谱和仿真载荷谱的底盘疲劳分析及对比

由于实测载荷谱存在应用范围小,需要改制骡车进行试验采集,且成本较高的特点,从而促进了基于虚拟路面的仿真载荷谱获取技术的发展,仿真载荷谱既不受骡车限制,且成本也低。以实测载荷谱为基准,验证了基于3D虚拟路面的仿真载荷谱的精确性和实用性。建立某试验场共振路2的3D虚拟路面和某车型整车多体动力学模型,获得仿真载荷谱;将六分力传感器实测的载荷谱与仿真载荷谱进行时域、频域和损伤的对比,验证了仿真载荷谱的精确性;对底盘部件疲劳仿真分析下的损伤进行对比,发现两种载荷谱下的疲劳损伤分布趋势完全一致,摆臂与转向节的最大损伤比值分别为1.79和2.43,验证了3D虚拟路面和整车多体动力学模型构建方法的正确性,以及基于3D虚拟路面提取的疲劳载荷谱的工程实用性。

车辆道路行驶载荷谱测量及推断方法研究

采用车轮力传感器与加速度计进行道路行驶载荷谱的测量,对力信号与加速度信号分别进行功率谱密度分析,区分出由驾驶习惯和道路条件引起的载荷。对驾驶习惯与道路条件两种情况引起的载荷与加速度信号分别进行相关分析与统计推断,数据表明推断载荷与实测载荷吻合良好。根据此关系进行中国部分道路行驶载荷的推断,采用程对计数法得到了中国部分道路行驶载荷的累积幅值频次图。

基于实测载荷谱的载荷分解及后桥疲劳分析

将汽车试验场实测载荷谱,按各路面载荷谱在频域下主要集中频段的高低划分为低频和高频路面载荷谱。对于高频路面载荷谱采用基于六分力测试信号的虚拟迭代方法进行分解,对于低频路面采用基于陀螺仪测试信号的方法计算车身姿态,再结合六分力测试信号的方法进行分解,且两种方法均要控制实测与仿真的轴头加速度、弹簧位移等信号的相对损伤比在0.5~2.0范围内。基于载荷分解得到后桥接口点的动态载荷,利用有限元和疲劳分析理论,对其进行疲劳寿命分析预测,反映了后桥在前期开发中存在的疲劳风险,同时进行相应的结构改进优化,分析表明,其寿命满足疲劳性能目标并通过了强化耐久试验的验证。

基于路谱输入的汽车台架耐久性试验方法研究

通过对路谱驱动汽车台架耐久性试验、汽车道路耐久性试验及载荷谱驱动汽车台架耐久性试验的试验车辆响应信号和台架信号的对比分析,探讨了路谱驱动台架耐久性试验的可行性。并依据对路谱驱动试验精度的分析,提出了提高试验精度的途径。

合成道路谱在四通道整车道路模拟试验中的应用

介绍了一种基于路面不平度输入的合成道路谱生成方法,以某款车为例,分析了合成道路谱在四通道整车道路模拟试验台上的模拟质量。试验结果表明,对垂直载荷敏感的通道模拟精度良好,大部分相对载荷为0.5~2.0,与实际载荷测量的波动范围一致。合成道路谱可作为四通道的垂直载荷激励,能够对整车车身和内、外饰件等零部件进行快速质量评价。

城市道路桥梁的疲劳荷载谱

我国针对公路及城市道路桥梁疲劳设计的车辆荷载谱还是个空白,本文以上海市内环线中山路3号桥地面道路桥梁为例,对城市道路桥梁的疲劳荷载作了研讨.在1994年和1995年两次交通调查的基础上,得到了由18类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱.依据等效的疲劳损伤原理,将实测的车辆荷载频值谱简化成由6类模型车辆组成的具有实用性的荷载频值谱.所建立的模型车辆荷载频值谱,对于日常车辆交通构成与本文状况相类似的其它城市道路桥梁的疲劳损伤度验算,可作为参考.

室内道路模拟试验中迭代目标谱的选择方法

进行整车室内道路模拟试验时,迭代目标谱的选择是关键一步,目前通用的方法是选择中值损伤谱作为迭代目标谱,以某轿车在汽车试验车采集到的载荷谱为例,阐述了一种最小标准差谱作为迭代目标谱的载荷谱的选择方法,并在数值统计分析、雨流循环损伤分布、冲击响应谱和频域疲劳损伤谱四个方面对最小标准差谱和中值损伤谱进行了对比分析,结果表明:最小标准差谱优于中值损伤谱。最后通过进行整车室内台架试验,验证了结论。

基于道路载荷谱的柴油机激励分析和台架试验循环研究

基于车辆典型路面行驶产生的道路载荷谱,对发动机的典型运行工况和瞬态行为进行了分析和研究,构建了基于道路载荷的台架运行循环。研究表明：1 500r/min和1 600r/min是车辆行驶过程中柴油机的常用转速,其使用频率远高于其他转速;转速超过1 800r/min时柴油机多数工作于满负荷工况点;柴油机在1 400~1 800r/min运行时主要集中在中高负荷工况,负荷百分比统计值高于60%;整个载荷时间历程中,500~600r/min幅度的转速跃变比例高,且转速最大跃变不会超过1 000r/min。构建的台架运行循环与实际道路载荷强度相似、转速分布类似,能够表征车辆行驶过程中柴油机的激励状态。