轿车摆臂加速模拟试验研究

以某型轿车摆臂为研究对象,采集摆臂试车场道路载荷谱并对其进行统计分析,在传统载荷谱编制方法基础上,考虑结构的低载强化特性,提出一种包含强化效果载荷的编谱方案,并通过试验验证,在试验过程中自制加载谱的零件失效形式与标准加载谱基本一致,同时可减少试验频次,能够更快速地模拟出汽车零/部件实际受载情况,试验加速效果明显。     

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。     

某乘用车副车架程序载荷谱编制

实测随机载荷谱直接应用于副车架台架等效试验对设备精度要求严苛且所需试验周期长。现通过台架对标试验获取载荷-应力函数转化关系,将随机载荷谱转化为等效应力谱,在GlyphWorks软件中应力谱经雨流法计数统计后依据参数法进行频次外推,在此基础上将获取的应力谱损伤分析结果与疲劳损伤等效原理结合,建立8级程序载荷谱,为副车架疲劳台架试验提供数据支持,有效提高了工作效率和计算精度。     

考虑低载强化效应的变速器加速试验谱的编制

变速器室内台架模拟试验是考核、评价和提升其性能的重要手段。以变速器为对象,提出了一种能简化变速器加速疲劳试验程序载荷谱的编制方法。利用无线遥测技术在垫江汽车试验场采集了汽车变速器的实际道路载荷谱,分挡位对实际载荷谱进行了预处理。以2挡载荷为例,应用雨流计数法得到载荷的频次分布矩阵,运用卡方检验发现载荷均值服从均值为91.77N·m、标准差为163.27N·m的正态分布,载荷变程服从形状参数为1.346、比例参数为305.489的双参数威布尔分布,并且均值和变程相互独立。利用二维概率分布函数,建立了8×8级二维载荷谱。应用变均值法,将二维载荷谱转化为8级一维载荷谱。依据半轴的损伤特性和低载强化特性,研究强化载荷之间的等强化准则,将强化载荷折算到最佳载荷级,减少了载荷加载频次,提高了试验效率。     

车身台架疲劳试验程序载荷谱研究

提出一种能简化加速车身台架疲劳试验的程序载荷谱编谱方法。基于试车场实测路谱准确获取车身连接点随机载荷谱,并简化为车身转矩载荷谱。应用雨流计数法和数理统计方法,得到均幅值载荷分布规律,其中均值服从正态分布,幅值服从威布尔分布;编制程序载荷谱并简化。应用有限元法和疲劳分析理论对车身疲劳寿命进行预测,从疲劳所用时间和行驶里程两个方面对危险部位寿命进行比较分析;结果表明,在车身连接点随机载荷谱和编制的程序载荷谱的作用下,车身的损伤分布及大小基本一致,验证程序载荷谱的有效性。所提出的编谱方法对其他车型的车身台架疲劳试验也有一定的应用和参考价值。     

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。     

一种载荷谱二维时域阈值编制方法及应用

针对道路模拟试验载荷谱编制问题,为避免传统时域损伤编辑法对结构件局部细节应变/力载荷谱的依赖,提出了一种多通道载荷谱二维时域阈值编制方法。以某整车道路模拟试验目标载荷谱编制为例,运用该方法结合伪损伤保留准则构建了道路模拟试验目标载荷谱,理论分析与台架试验结果表明所构建的加速谱在完好保留原载荷谱特征的同时,有效缩短了试验时间,并在试验台架上实现了较好的载荷模拟和耐久性评价效果。该方法为整车及关键零部件道路模拟试验载荷谱的编制提供了一定的参考。     

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。     

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。     

一种新的加速耐久性试验谱编制方法

试车场实测载荷谱中含有大量的低幅值载荷,在进行载荷谱编辑处理时存在许多小载荷删除准则,而这些准则往往仅考虑小载荷是否造成损伤。考虑到低幅值载荷的强化效应,提出了一种新的小载荷删除准则。应用该准则对试车场实测载荷谱进行编辑处理,生成了加速谱。从幅值域(穿级计数、雨流计数),损伤域(损伤保留、雨流循环损伤分布),频率域(冲击响应谱、频域疲劳损伤谱)多方面对原始谱和加速谱进行了对比分析,结果表明该方法在保留损伤,保证损伤载荷分布特征和频域特征的基础上实现了加速,加速谱可代替原始谱进行耐久性试验。通过建立整车台架试验,验证了该耐久性试验载荷谱编制方法的可行性。     

汽车结构件低载强化的微观分析

为了从微观上解释汽车构件低载强化产生的原因,利用透射电镜对汽车前轴低载强化前后微观组织特征进行了深入研究。结果表明：经过低载强化后,造成材料晶界附近位错高度缠绕,形成位错墙;晶粒变形时的晶界摩擦力增大,晶内的晶胞原子结合更紧密,在高载荷的反复作用下晶格常数仍能基本保持不变,晶界强化则是低载强化微观上的主要原因。     

轿车变速箱齿轮磨合规范的初步研究

根据国产某变速箱倒挡圆柱齿轮低载强化的试验结果,制定了对变速器具有强化效果的新磨合规范,并在新磨合规范下进行了试验研究。试验结果表明,在不改变磨合时间和转速的新磨合规范中,可将具有强化作用的载荷作为磨合载荷。磨合后,变速箱的平均疲劳寿命比原规范下的平均疲劳寿命提高近40%。     

汽车结构件低载强化后的疲劳断口特性

利用扫描电镜对某汽车前轴低载强化后的材料断口特性进行了研究,力图从微观上揭示低载强化的成因和机理。结果表明：适当的强化载荷使组织变得密实、均匀,断口的孔洞数量、直径以及二次裂纹明显减少,低载强化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

整车四立柱台架试验中目标谱的加速方法研究

汽车试验场道路载荷谱中包含大量的高频低幅值载荷,实测载荷谱的加速处理是建立整车四立柱台架试验的关键一步。以某轿车汽车试验场实测载荷谱为基础,结合累积疲劳损伤理论和低载强化理论,提出了一种新的小载荷删除原则,应用该准则对试车场实测载荷谱进行编辑处理,生成试验加速谱。从幅值域、伪损伤和频率域多方面对加速谱的有效性进行理论验证。结果表明该方法在保留损伤,保证损伤载荷特征和频域特征的基础上实现了加速。最后,通过建立整车台架试验,试验中出现了与汽车试验场一致的失效模式,验证了该载荷谱加速方法的合理性。该方法可为其他车型的整车四立柱台架试验载荷谱的加速编制提供一定的参考。     

结构强度对低载强化特性影响的初步研究

为了研究结构强度对低载强化特性的影响，对未经过工艺强化的低强度前轴和经过工艺强化的高强度齿轮分别进行了低载强化试验。通过对试验数据的处理，得到了两种结构弯曲疲劳强度的S-N曲线、弯曲疲劳强度和疲劳寿命与强化载荷、强化次数之间的数学关系，以及经过低载强化后弯曲疲劳强度和疲劳寿命提高的最大幅度。随着结构强度的提高，弯曲疲劳强度的提高幅度呈下降趋势，但疲劳寿命的提高幅度呈上升趋势。从宏观和微观上初步分析了结构强度对低载强化特性影响的原因。     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。     

Lightweight Design of Automobile Drive Shaft Based on the Characteristics of Low Amplitude Load Strengthening

There are two kinds of internationally recognized approaches in terms of lightweight design.One is based on fatigue accumulated damage theory to achieve better reliability by optimal structural design;another is to use high performance lightweight materials.The former method takes very few considerations on the structural strengthening effects caused by the massive small loads in service.In order to ensure safety,the design is usually conservative,but the strength potential of the component is not fully exerted.In the latter method,cost is the biggest obstacle to lightweight materials in automotive applications.For the purpose of light weighting design on a fuel cell vehicle,the new design method is applied on drive shafts.The method is based on the low amplitude load strengthening characteristics of the material,and allows the stress,corresponding to test load,to enter into the strengthened range of the material.Under this condition,the light weighting design should assure that the reliability of the shaft is not impaired,even maximizes the strength potential of machine part in order to achieve the weight reduction and eventually to reduce the cost.At last,the feasibility of the design is verified by means of strength analysis and modal analysis based on the CAD model of light weighted shaft.The design applies to the load case of half shaft in independent axle,also provides technological reference for the structural lightweight design of vehicles and other machineries.     

变速箱齿轮低载强化微观机理的初步研究

疲劳试验表明工艺强化后的高强度变速箱齿轮经过低载强化,其单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到一定程度的提高,而且疲劳寿命提高的幅度远大于疲劳后强度的提高幅度。本文参考未经过工艺处理的低强度前梁的低载强化微观分析结果,利用SEM和TEM对某汽车变速箱齿轮低载强化微观机理进行了初步研究,力图从微观上揭示工艺强化后高强度齿轮低载强化的成因和机理。结果表明,适当的强化载荷能够使高强度齿轮的疲劳扩展区域增加、裂纹扩展间距下降,低载强化使齿轮的微观组织得到进一步的锻炼、强度和硬度有所下降,但微观组织的整体机械性能得到提高。     

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。