汽车动力总成悬置耐久性模拟试验研究

探讨了悬置道路模拟实验中频响函数的建立和路谱迭代方法。以某款轿车的发动机液压悬置为研究对象,在试验场采集了悬置的道路载荷谱。通过基于远程控制参数技术（RPC）对发动机悬置道路载荷谱进行了重构,重构的道路载荷谱达到了预期的精度要求。论述了建立悬置路谱模拟试验的总载荷序列的方法。应用文中的方法,在MTS831试验台架上对液压悬置进行了道路模拟耐久性试验,试验结果表明,所采用方法可成功用于悬置耐久性试验。     

轿车AMT执行机构室内振动疲劳试验方法

AMT执行机构的振动疲劳可靠性是AMT最重要的性能之一。本文针对轿车AMT建立了其道路载荷谱采集方法,通过合理布置传感器,在襄阳汽车试验场采集了AMT及其执行机构振动载荷谱,并对载荷谱进行了预处理和重复性检验,获取了AMT执行机构振动载荷谱期望响应信号。基于远程参数控制思想,提出了时域和频域误差加权的期望响应信号模拟迭代算法,并对AMT执行机构振动载荷谱期望响应信号进行了模拟迭代,获取了高精度的模拟迭代响应谱,精确再现了AMT执行机构振动情况,建立了轿车AMT执行机构室内振动疲劳试验方法,为室内准确高效考核轿车AMT执行机构振动疲劳可靠性提供了一种行之有效的手段和方法。     

基于小波变换的拖拉机PTO载荷加速编辑方法

拖拉机动力输出轴(power take-off, PTO)的作业载荷中无损伤或小损伤载荷占据大量比例,在耐久性试验中会导致试验时间过长,经济性变差,将这些载荷剔除可以得到加速载荷谱。以40马力拖拉机为研究对象,采用Daubechies小波对拖拉机PTO实测载荷信号分解并重构高频小波系数得高频小波分量,在总伪损伤保持基本一致的前提下,选取合适的阈值并结合包络线损伤判别方法,从原始载荷信号中提取损伤较大的载荷片段并拼接成加速载荷谱,分别得到压缩比为42.0%、49.8%、61.7%、62.4%、81.9%的加速载荷谱。基于频域、幅值域、统计参数和疲劳损伤等理论验证所编制加速载荷谱的正确性,以及与原始载荷谱的相似度。结果表明,加速载荷谱与原始载荷谱在伪损伤基本一致的前提下,频域、幅值域分布曲线保持相似,最值、均方根值、峰度系数等参数误差均在5%以内,对零部件造成的损伤效果也基本一致。证明该加速方法适用于拖拉机零部件加速载荷谱编制,并为农机领域加速载荷谱的编制提供参考依据。     

随机声载荷作用下的复杂薄壁结构Von Mises应力概率分布研究

随机声载荷作用下的某些复杂薄壁结构的振动疲劳属于多轴疲劳,Von Mises 应力准则是多轴疲劳损伤分析的一条有效途径。本文通过对有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构Von Mises应力概率分布研究,分析提出Von Mises应力服从双参数Weibull分布或Lognormal分布,并且给出了估算这两种概率分布参数的方法,进而得到了Von Mises应力峰值概率密度函数,从而为结构的疲劳损伤寿命估算提供依据。在工程应用中采用耦合的有限元和边界元方法计算了某型航空发动机燃烧室火焰筒薄壁结构在随机声载荷作用下的振动应力响应功率谱密度,着重分析了Von Mises应力响应的概率分布特征,并对分析结果采用Kolmogorov-Smirnov (K-S)检验进行了比较验证。     

考虑应变均值影响的天然橡胶隔振元件疲劳寿命预测

对橡胶试柱进行单轴疲劳试验,分析了应变幅值一定时,应变均值对疲劳寿命的影响。以哑铃型天然橡胶试柱为研究对象,通过有限元计算分析,得到了加载位移与橡胶试柱危险位置处最大主应变的关系。构建了应变均值函数,以应变比R=0时的 曲线为基准疲劳寿命曲线,建立了不同应变均值和幅值下的天然橡胶隔振元件的疲劳寿命预测模型。使用该模型预测得到的哑铃型天然橡胶试柱疲劳寿命与试验疲劳寿命具有较好相关性。文中提出的天然橡胶元件的疲劳寿命预测模型,可用于建立天然橡胶材料的疲劳寿命数据库。     

船用橡胶隔振器寿命评估方法研究

橡胶隔振器随使用时间延长会逐渐老化,阐述了橡胶的老化机理和橡胶隔振器的功能特性和失效判断准则,并提出基于加速等效疲劳试验和热空气加速老化试验的橡胶隔振器寿命评估方法,使用该方法评估了某型船用隔振器的使用寿命。     

基于统计与粗糙集理论的飞机垂尾抖振载荷分布假设选择与评价方法

研究飞机垂尾抖振问题的主要任务之一是编制抖振疲劳载荷谱、估算飞机结构的抖振疲劳寿命并校核飞机结构的强度等,一般通过统计方法来建立其抖振疲劳载荷时程的峰(谷)值分布模型,而分布模型的优劣对确定各飞行状态下的极限工况及抖振响应的循环次数与幅值分布等信息影响显著。通过分析五种常用于描述抖振疲劳载荷峰(谷)值的概率分布假设模型：正态分布、对数正态分布、威布尔分布、瑞利分布和极值分布,给出了基于参数估计的概率分布规律,并提出了一种采用各概率分布假设所对应模型的“拟合优劣指标”作为评价和选择的依据。同时,结合各分布模型的特性对飞机抖振载荷时程处理要求的匹配程度,运用粗糙集理论确定了系统评价指标的最小分辨距离与最大分辨率,来消除由于误差引入导致的评价指标数值差异而造成的误判。算例分析表明,该方法可合理且高效地实现对飞机抖振载荷概率分布假设的正确评价与选择     

柴油机高压油管加速载荷谱编辑研究

针对高压油管耐久性试验耗时长的特点,研究高压油管加速疲劳试验在振动试验台上的应用。基于损伤等效原则,提出振动疲劳加速载荷谱编辑方法并对高压油管实测载荷谱进行编辑。对比加速载荷谱与原始载荷谱作用下高压油管疲劳寿命,验证加速载荷谱编辑方法及其在振动试验台上应用的可行性。结果表明：柴油机高压油管疲劳失效属于高周疲劳,其所受载荷中存在大量小载荷循环,将小载荷循环进行删除可保证在失效位置及失效形式一致的情况下,极大程度地缩短疲劳试验时间和成本。     

橡胶隔振器静态力-位移关系计算方法的研究

测试了橡胶试片在单轴向拉伸、等双轴拉伸和平面剪切应力-应变状态下的应力-应变关系。利用测试得到橡胶试片在不同状态下应力-应变关系,和应用不同的本构模型,拟合得到了不同模型的材料常数。以两个橡胶悬置为研究对象,对橡胶隔振器进行三向静态力-位移特性分析,并与测试值进行对比。橡胶悬置1主要承受拉压变形或剪切变形,而悬置2则同时承受拉压和剪切变形。以悬置1和悬置2为研究对象,应用Mooney-Rivlin本构模型,计算分析了利用不同应力－应变状态得到的本构模型常数对橡胶隔振器力－位移关系计算结果的影响。以悬置2为研究对象,采用同一种应力－应变状态获取的本构模型常数,分析了本构模型对橡胶隔振器静态力-位移特性计算结果的影响。     

一种基于三轴与单轴随机振动最大应力等效的载荷裁剪方法

为了避免三轴振动试验对产品造成过试验问题,现以单轴振动试验标准为基准,进行基于三轴振动与单轴依次振动最大响应应力等效的三轴载荷谱裁剪。首先对线性系统在随机振动下激励与响应均方根值的关系进行推导,将单轴振动时的最大等效应力与三轴振动时的最大等效应力的比值n作为三轴振动载荷谱均方根值的裁剪系数,裁剪保持载荷谱扫频范围、拐点频率值以及载荷谱斜线段的斜率N不变,根据梯形谱均方根值计算公式反推出梯形载荷谱直线段谱值,进而得到满足三轴与单轴随机振动最大应力等效的三轴载荷谱。通过对某典型舱段结构进行三轴载荷谱的裁剪,并将载荷谱裁剪后的三轴振动应力响应与载荷谱裁剪前的单轴振动应力响应进行对比,验证了方法的有效性与准确性。     

Fatigue life prediction of a rubber mount based on test of material properties and finite element analysis

Failure analysis and fatigue life prediction are very important in the design procedure to assure the safety and reliability of rubber components. The fatigue life of a rubber mount was predicted by combining test of material properties and finite element analysis (FEA). The natural rubber material material’s fatigue life equation was acquired based on uniaxial tensile test and fatigue life tests of the natural rubber. The strain distribution contours and the maximum total principal strains of the rubber mount at different loads in the x and y directions were obtained using finite element analysis method. The critical region cracks prone to arise were obtained and analyzed. Then the maximum total principal strain was used as the fatigue parameter, which was substituted into the natural rubber’s fatigue life equation, to predict the fatigue life of the rubber mount. Finally, fatigue lives of the rubber mount at different loads were measured on a fatigue test rig to validate the accuracy of the fatigue life prediction method. The test results imply that the fatigue lives predicted agree well with the test results.     

A method for modelling of fatigue life for rubbers and rubber isolators

A method for modelling fatigue life of rubbers and rubber isolators is presented in this paper. Firstly, a fatigue experiment is carried out for a rubber dumbbell cylindrical specimen and a rubber isolator. Based on the finite element analysis, the damage parameters including the strain energy density, the maximum principal Green–Lagrange strain and the effective stress are calculated and discussed. Secondly, three fatigue life prediction models are established by using the three damage parameters and using the relation between the measured fatigue life of a dumbbell cylindrical specimen and the computed value of the damage parameters. Thirdly, three proposed prediction models are used to investigate which one can be best used to predicting fatigue life of rubber isolators, taking a typical powertrain rubber isolator as studying example. The fatigue lives of the rubber isolator predicted by the three models are compared with the experimental life. The results demonstrate that the predicted fatigue lives of the rubber isolator using the three fatigue models agree well with the experimental fatigue life within a factor of four, and the model using the effective stress as the damage parameter can predict the fatigue life within a factor of two, which has the best accuracy among the three models.     

温度对橡胶隔振器力学性能的影响

在隔振器的设计选用中,有必要考虑温度对分动箱隔振器的力学性能影响。开发一套安装橡胶隔振器的试验夹具,把夹具和隔振器都安装在带有温控箱的疲劳试验机上,直接测试隔振器在不同温度下的力学性能。开展3个环境温度下的试验,研究环境温度和橡胶垫振动中的温升对隔振器的动刚度和阻尼系数的影响。结果表明温度对隔振器力学性能有较大影响,温度的升高,分动箱隔振器的动刚度和阻尼系数逐渐减小。该方法可广泛应用于测试不同温度下各类橡胶隔振器的力学性能。     

Stepped‐isothermal fatigue analysis of engine piston

Stepped‐isothermal fatigue failure is the main failure mechanism of modern engine pistons under bench reliability test condition. This paper presents a methodology for stepped‐isothermal fatigue analysis of engine pistons, which consists of a fatigue criterion, evaluation of temperature and stress distribution by finite element analysis and the final life prediction. The major character of the methodology is the fatigue definition of engine pistons with respect to engine load change cycle and a damage‐based fatigue criterion accounting for the nonlinear creep–fatigue damage. Taking as an example, the fatigue life of an engine piston was predicted by the proposed analysis procedures. The analysis results showed that the most critical area was located in the throat edge. Moreover, the proposed methodology can give a relatively accurate and reasonable life prediction for an engine piston under the loading condition of bench reliability test, with a benefit of decreasing the needed component's reliability tests and design time.     

聚氨酯隔振器研究的新进展

聚氨酯是一种综合性能优良的弹性体材料,目前已在民用工程上得到广泛的推广应用。系统地介绍聚氨酯隔振器的国内外研究概况,对国内研制的高性能聚氨酯隔振器和橡胶隔振器进行性能比较。结果表明,聚氨酯隔振器在寿命、蠕变、承载能力、承载范围、隔振性能等方面均优于橡胶隔振器。     

橡胶混凝土单轴受压疲劳性能研究

为掌握橡胶混凝土单轴受压疲劳性能,用粒径为30目的橡胶颗粒以不同掺量代砂制备橡胶混凝土,进行等幅循环荷载单轴受压疲劳试验研究。采用Miner累积损伤理论定义损伤量,并建立橡胶混凝土疲劳应变的损伤模型。使用概率统计方法对橡胶混凝土疲劳寿命的试验结果进行可靠性分析,得到等幅循环荷载作用下橡胶混凝土单轴受压疲劳寿命分布规律。结果表明:应力水平相同时,橡胶混凝土的疲劳寿命优于普通水泥混凝土,且随橡胶掺量的增加,混凝土的疲劳寿命随之提高。橡胶混凝土的疲劳应变变化符合普通混凝土疲劳应变发展的三阶段规律,橡胶混凝土疲劳寿命服从对数正态分布。采用双对数方程对橡胶混凝土的疲劳寿命进行线性回归分析,可得到P-S-N曲线及疲劳极限强度。     

橡胶隔振器设计开发研究

提出以有限元方法为基础的橡胶隔振器设计开发流程,并以某船用柴油机隔振器为对象,详细阐述了开发设计过程。介绍橡胶有限元的基本理论,通过有限元计算分析该橡胶隔振器的结构,预估橡胶材料的硬度,并根据设计目标对其结构进行一定的修改。通过加工试制及试验测试,所得结果与有限元计算结果吻合较好。     

基于迟滞回线模型的非线性金属橡胶传递率分析

通过理论和试验对某金属橡胶非线性隔振器的传递特性进行了研究。基于含干摩擦阻尼的非线性迟滞力学模型,采用平均法求出系统的频率响应函数,从理论角度探究不同运动状态下的传递率及实现无谐振的条件;根据频率响应函数确定解锁频率与实现无谐振的临界干摩擦力;利用动态加载试验识别隔振器的力学参数,通过振动实验验证了理论结果。所得结论对金属橡胶隔振器的设计和应用具有重要的指导意义。     

Numerical methods of multiaxial fatigue life prediction for elastomers under variable amplitude loadings

In this paper, numerical methods of fatigue life prediction for elastomers subjected to multidirectional, variable amplitude loadings are presented. Because experiments and numerical methods use different stress measures in large deformation, transformation between nominal stress and the second Piola–Kirchhoff stress is performed before fatigue life calculation. In order to incorporate the Mullins effect, the material properties of elastomers are calculated after an initial transition period. An efficient interpolation scheme using load stress/strain curves under unidirectional loading is proposed based on the fatigue characteristic of elastomers. A rainflow counting method with multi‐stress components is developed for variable amplitude loadings, and the critical plane method is applied to find the plane with the maximum damage parameter. Fatigue life predictions using the proposed numerical method are validated against experimental results. As a practical example, the fatigue life of a rubber engine mount is predicted using the proposed numerical method.     

橡胶隔振器大变形有限元分析

以橡胶隔振器为研究对象,基于超弹性本构模型,对拉伸、压缩、剪切状态下分别进行有限元计算,探讨橡胶等不可压缩材料大变形有限元建模技术;重点研究橡胶结构不同受载方式下变形模式及有限元分析所需要的材料试验数据。经与试验结果对比分析,得到隔振器三种状态下,填充超弹本构模型最优的材料数据类型,为橡胶结构件的数值模拟提供有益参考。