高速列车车体加速寿命试验载荷谱编制及分析

铝合金车体是高速列车的关键核心部件,设计中需要满足超长疲劳寿命要求。工程中,为避免实际运行中发生疲劳失效,同时降低试验成本,常采用加速寿命试验方法。采用车辆系统动力学方法计算获得车体随机载荷谱,对载荷谱进行处理,得到载荷频次图;基于FKM标准,编制三种载荷比下1×10⁷次循环对应的车体加速载荷谱;采用有限元法,分别施加三种载荷比条件下的载荷谱,得到对应的加速系数;分别采用线性及非线性损伤累积理论,分析载荷块谱的加载顺序对车体损伤累积的影响。得出结论：在原始载荷谱和加速载荷谱作用下,车体结构各点疲劳损伤均小于1,满足设计要求;分别提高载荷比至P=1/3和P=2/3,对应的加速系数为12.75和218.65;载荷谱加载顺序对车体疲劳累积损伤有影响：以P=2/3为例,高-低顺序载荷谱循环632次时,损伤值累积达1,而对应相同的损伤值,低-高顺序载荷谱仅需要循环614次。结果表明车体承受载荷存在低应力幅占优的特点,即低-高加载顺序具有更好的加速效果。对车体加速寿命试验载荷谱的编制及分析方法研究,为车体台架疲劳试验提供理论依据及科学指导。     

变刚度钢板弹簧加速寿命试验程序载荷谱编制

考虑钢板弹簧总成大变形非线性刚度特性,提出一套适用于钢板弹簧总成的加速寿命试验程序载荷谱编制方法。通过实车试验采集了钢板弹簧总成载荷输入点的加速度载荷谱,结合有限元方法分析了簧片上任意一点的应力载荷谱,发现应力幅值服从Weibull分布,但均值不服从常规的正态分布或Weibull分布,基于获得的分布规律对此类型载荷谱编制方法及台架实现方式进行了探讨。对比发现,编制的加速寿命试验程序载荷谱能够很好地复现路试结果。     

疲劳／断裂加速试验载荷谱编制的损伤当量折算方法

提出了疲劳／断裂加速试验载荷编制的损伤当量折算方法，使用方法编制的加速试验载荷谱能大大压缩试验时间，并保证加速谱与原谱对构件造成的损伤等效，从而使试验结果真实，可靠。     

疲劳载荷谱编制准则

通过试验和理论分析，研究了随机疲劳载荷的小载荷取舍标准，载荷之间的相互作用效应和顺序效应对疲劳损伤的影响，最后提出了与随机载荷历程等效的疲芝谱的编制方法及准则。     

汽车零部件疲劳分析载荷谱加速编辑法研究

以某试验场实车采集的轮心六分力信号和关键点监测信号为基础数据,分别采用伪损伤保留法、损伤保留法和峰谷值抽取法对实测信号加速编辑;从时间压缩比例、功率谱密度、统计参数、穿级计数和雨流计数等5个方面对加速谱进行了讨论分析;从疲劳仿真角度进一步探讨了不同加速编辑法分析零部件疲劳问题求解结果精度的差别,并对加速谱效率进行了评估。研究结果表明,3种加速编辑法分析得出的转向节疲劳寿命的相对误差差距较小,均在3.72%以内,但疲劳仿真效率较原始载荷谱有大幅提高。综合考虑多方面分析角度,损伤保留法可准确删除原始信号中的无损伤段,获取时间最短加速谱的同时功率谱密度吻合程度最好,分析零部件疲劳问题效率及分析结果的精度最高,损伤保留法相对伪损伤保留法和峰谷值抽取法更具优势。     

载荷谱强化等损伤寿命折算新方法

强化载荷谱,缩短疲劳寿命实验时间,在工程实际中具有重要意义。但目前载荷谱强化等损伤寿命折算多采用名义应力法,不考虑载荷顺序效应与载荷相互作用效应,使寿命预测存在较大误差。文中通过载荷谱强化这两种效应分析,发现载荷谱所有载荷按比例增大一定倍数的强化方法可使载荷相互作用效应保持稳定。进而提出兼顾这两种损伤效应的强化载荷谱寿命折算新方法。并采用两个实际谱,通过原谱与强化谱寿命实验,对该方法作了验证。     

一种新的谱载荷寿命评估模型

基于零件的低载强化与损伤规律,提出了一种谱载荷下的寿命评估模型。汽车使用中遇到的随机载荷,80%是疲劳极限以下的小载荷,而传统的疲劳累积损伤理论在估算零件寿命时,很少或几乎不考虑使用过程中小载荷对结构造成的强度强化,只考虑大载荷对结构造成的损伤,使得估算结果与实际寿命存在很大差别。零件在小载荷作用下,随作用次数的增加,零件强度先增大后减小。该模型以此规律为基础,充分考虑了小载荷对的零件强度的影响,更加准确的反映了零件疲劳过程的客观现实。通过两种零件的寿命评估实例发现,该模型不仅计算简单,而且有更高的预测精度,为合理地进行汽车轻量化设计提供了理论和技术依据。     

飞机等幅疲劳试验载荷谱编制技术研究

在分析飞机全尺寸结构疲劳试验中采用等幅试验载荷谱的意义与适用性基础上,建立由飞-续-飞随机疲劳载荷谱编制出与其损伤等效的等幅载荷谱的方法,给出某型飞机的等幅试验谱的编制实例,并通过关键部位模拟试件的疲劳试验检验等幅谱与随机谱的等效性.     

挖掘机下车架疲劳试验载荷谱研究与寿命预测

针对某中型液压挖掘机下车架的疲劳可靠性问题,研究了液压挖掘机下车架加载谱的编制方法.基于现场实测载荷-历程数据,采用反向加载方式,编制了挖掘机下车架加载部位的疲劳试验台架八级程序谱.为了实现同步加载试验,利用损伤等效原则,将四个支撑点各自的八级程序谱当量成四个相频相同的试验恒幅谱,再利用损伤一致性原则对试验恒幅谱进行校...     

整车道路模拟试验载荷谱编制的最佳加速限值方法研究

整车室内道路模拟试验已成为整车高品质、高效率开发的重要手段,但在道路模拟试验载荷谱编制方面尚未形成比较统一的编谱准则。本文应用时域损伤编辑法对某整车试验场实测载荷谱进行了编制,分别构建了不同损伤保留比例下的多种加速谱。通过研究加速谱的时间缩短比例、损伤衰减速率和载荷特征(时域、幅值域和频率域特征)变化趋势,提出了基于载荷特征变化和相对变化速率(相对变化速率=损伤衰减速率/时间缩短速率)控制的载荷谱编制的最佳加速限值准则。提出了依据最佳加速限值准则编制试验载荷谱的流程,并应用所提出的流程对试验场各典型工况载荷谱进行了编制,加速谱节省了近48%的试验时间。最后应用所编制的加速谱建立了整车道路模拟试验,达到了较好的载荷谱模拟效果,验证该方法的合理性。     

摩托车车架疲劳试验载荷谱的研究与编制

基于摩托车标准路面实测载荷数据的实际状况,提出一种基于消除趋势项、平滑和滤波等处理方式相结合的摩托车载荷数据信号预处理方法;在考虑摩托车疲劳试验台载荷输入方式的基础上,根据摩托车的使用工况,运用双参数雨流计数法,在实测载荷等效转换为多段等幅力激励载荷后,最终组编形成完整的多工况综合试验载荷谱。同时,采用LS-DYNA进行仿真计算应力,并运用Miner理论计算所编谱与实测谱的疲劳寿命进行对比,验证摩托车车架等效激励载荷谱的有效性。所编制的试验载荷谱具有多段等幅特点,其通用性强,适用于各类型疲劳耐久试验台的载荷加载。     

水轮机载荷的新编谱法

水轮机承受的是随机载荷,因此载荷谱就成为设计水轮机的重要依据。目前我国许多单位想运用二维流动或三维流动的理论来研究转轮叶片上的压力谱,从压力谱得到应力谱,但至今尚未提出一个工程上可以接受的载荷谱。本文从发电厂实测中得出,转轮叶片应力随水轮机组出力的增加而增大,在同一水头下,最大主应力的平均应力与水轮机组出力成线性关系。另外从典型水电站机组出力的调查统计分析又发现,混流式水轮机的出力属于韦布尔分布函数。因此,从机组出力分布,计算出叶片应力分布,最后得到水轮机的载荷谱,这是一条既经济而有效的新编谱途径。     

浓缩随机载荷谱试验研究

用运输机类型的随机谱载对中间有圆孔的LY12CZ试件进行裂纹形成和扩展试验，然后分别用两种浓缩谱进行试验研究。结果表明在裂纹的形成和扩展阶段对寿命起主要作用的参数影响是有明显差别的。特别是运输机谱中的地-空-地循环，在裂纹扩展的公式中对裂纹形成寿命的贡献估计不足。根据疲劳的材料常数对裂纹扩展的材料常数进行修正得到的计算结果与原谱的试验结果相当吻合。     

齿轮随机疲劳载荷计数方法研究

给出齿轮随机疲劳载荷的计数方法（gear counting method，GCM）。与传统方法相比，这种方法能够充分描述齿轮齿根部位所承受的应力应变过程，反映齿轮的疲劳损伤机理，更准确地为疲劳计算提供载荷条件。给出具体的计算方法，编制计数程序，通过具体实例，比较GCM计数方法与传统雨流计数方法的不同。     

载重汽车车架强度分析与试验研究

在对载重汽车车架强度计算、试验基础上，进行了车架应力分析，并就作用于车架的载荷形式、载荷位置的变化以及考虑与不考虑货厢对车架强度的影响问题进行了研究，计算与试验结果吻合，为车架节材研究奠定了基础。     

基于频域法的转向架构架疲劳寿命研究

传统的转向架构架疲劳设计大多采用常幅加载,与构架实际运行中所受的随机激励明显不符,从而导致构架整体疲劳强度过量设计和局部结构抗疲劳不足的问题。首先利用逆傅里叶变换法对某随机过程信号进行了时域和频域数值模拟转换,并与该信号的解析值进行比较,验证了所建立的载荷历程正确性和合理性。然后基于逆傅里叶变换法和三次样条差值法,分别给出了轨道垂向不平顺和水平不平顺的位移、速度、加速度功率谱数值模拟方法。最后,以某高速转向架为例,对其进行了考虑车体以及构架各轮对之间相互作用的多点多轴随机振动分析,真实模拟了构架运行工况,并对构架结构疲劳薄弱位置进行了预测。研究结果表明,频域疲劳计算方法能较好地预测振动疲劳,为构架的抗疲劳设计和优化提供了一种新的方法。     

低速重载齿轮的磨损试验与研究

对圆周速度υ＝1～4m/s的齿轮传动进行了磨损试验。试验表明,υ＝1～4m/s低速重载齿轮均存在不同程度的齿面磨损,其磨损速率与圆周速度有关,且存在一最恶速度值,当齿轮处于最恶速度运动时磨损速率最大。对最恶速度现象进行了分析,认为边界润滑油膜仍具有一定的流变性,最恶速度现象与边界润滑油膜流变性形成的局部涡流有关。在试验条件下,最恶速度值为1.13～1.41m/s。为了提高齿轮的寿命,应避免齿轮在最恶速度及其附近运行。     

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。