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准,以保证得到的疲劳试验结果的可靠性。最后分别利用试验恒幅谱和实测载荷整理出的应力谱对该挖掘机下车架的进行疲劳寿命预测,结果验证加载方法和加载谱的可行性。     

高速列车转向架应力谱分组方法研究

应力谱对结构疲劳强度评估和可靠性设计有着重要意义,为了准确评估结构的疲劳强度,通过某型高速动车组实际运营线路上的动应力测试试验,获取动力转向架构架疲劳关键部位的应力-时间历程,采用等距分组方法编制应力谱,结合Palmgren-Miner线性累积损伤理论,计算了不同分组数下应力谱的每公里疲劳损伤值,分析了不同分组数对疲劳损伤的影响规律。结果表明,分组数过少会引起疲劳损伤值的偏差,随着分组数的增加,计算的损伤值逐渐减小,并趋于定值,这是由动车组构架动应力小应力循环高度集中的特点引起的。同时提出了一种适用于构架结构应力谱的不等距分组方法,研究结果可为构架结构的设计提供依据。     

装载机连杆载荷测试与载荷谱编制方法研究

为了研究装载机连杆载荷与疲劳可靠性试验所需载荷谱特性,提出一种连杆载荷测试与载荷谱编制方法。设计连杆力测试传感器,在大石方、黏土、砂子和小石方4种物料工况下进行连杆载荷测试试验。利用峰谷抽取和小波处理实现了实测数据的压缩编辑,通过雨流计数获得了合成工况下连杆载荷均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立,编制了连杆二维载荷谱和疲劳试验程序谱,为连杆结构疲劳可靠性分析提供依据。     

基于道路载荷谱的副车架疲劳分析及优化

使用杂合车安装路谱采集传感器,采集耐久试验场路谱载荷。基于实测试验场载荷谱数据,建立整车多体动力学模型进行虚拟载荷迭代,得到副车架各连接点上的载荷时间历程曲线。建立副车架有限元模型计算得到结构的强度计算结果,再结合载荷时间历程曲线通过FEMFAT软件计算得到副车架疲劳损伤结果。对不满足疲劳耐久性能要求的结构进行优化,修改后结构有效降低了疲劳损伤值,最终满足疲劳损伤设计要求。基于该流程可以在研发设计阶段发现副车架结构的疲劳设计薄弱点,大大缩短开发周期、节省试验开发成本。     

车用发动机连杆载荷谱编制技术研究

应用有限元分析和动力学仿真相结合的方法,以发动机曲柄连杆机构为研究对象,基于柔性多体动力学理论,建立了活塞、连杆、曲轴和飞轮的刚柔耦合动力学模型,得到了连杆应力云图与载荷时间历程。分别计算了车用发动机在典型任务剖面下的连杆应力,对连杆危险节点的应力时间历程进行了雨流计数,通过对载荷谱外推和叠加,得到了发动机连杆目标载荷谱,并根据载荷分级的方法编制了连杆疲劳试验谱,为制定连杆疲劳寿命试验规范提供了参考依据。     

转向节多轴虚拟试验台架载荷谱应用研究

不同类型的台架载荷谱对转向节的疲劳损伤影响规律有所不同，因此探求精确的载荷谱编辑方法仍是亟待解决的重要问题。以经过校验后试验场载荷谱为数据来源，简化了冗余的转向节耐久规范；通过悬架运动学及柔顺性(Kinematics Compliance, KC)试验和虚拟迭代法，从静态与动态验证了整车多体动力学模型的准确性；采用时域编辑法，生成了保留时域与频域特征的转向节台架随机谱；基于损伤等效原则创建了转向节四级台架程序谱；从统计转向节关键点各方向的伪损伤值占比出发，以转向节模态试验验证后的有限元模型为载体，搭建了转向节多轴虚拟台架；应用模态应力恢复法，讨论分析转向节虚拟台架下的原始谱、台架随机谱、台架程序谱对其疲劳损伤的影响，结果表明三者激励下的转向节疲劳损伤分布保持一致，台架随机谱与台架程序谱较原始谱最大损伤比分别为0.75和1.7,验证了台架载荷谱编辑方法的准确性，说明了转向节虚拟台架的工程实用性；最后，通过虚拟台架传递矩阵确定了引起转向节疲劳损伤的载荷与道路类型，为结构改进提供数据支撑。     

二维随机载荷作用下汽车螺旋弹簧疲劳损伤研究

提出了二维随机载荷谱外推的三种方法;对幅值服从形状参数α=1、位置参数ε=0的威布尔分布和均值服从正态分布的二维随机载荷的当量载荷的概率密度函数进行了推导,给出了概率密度函数的数学模型。以一款城市SUV为研究对象,采集试验场强化路面的载荷谱数据,提出了采用样本截断方法进行随机载荷谱参数估计的方法。参数检验结果表明,在中高载荷段,采用该方法可以很好地实现对所采集的载荷谱数据的拟合。采用载荷谱分级法对所采集的二维随机载荷进行外推,基于外推的载荷谱对疲劳损伤进行计算分析,研究了不同的载荷分级方法对疲劳损伤计算结果的影响。研究结果表明,当载荷谱幅值分级小于20级时,损伤计算会有较大误差,出现偏小的结果,载荷均值的分级影响相对要小于幅值的分级影响。     

挖掘机内燃机扭矩载荷谱的编制方法

编制内燃机的载荷谱用于台架试验是新形势下提升内燃机可靠性的必由之路。本文提出了编制用于台架加载的扭矩载荷谱的参数外推新方法,该方法是结构应变载荷到扭矩载荷的迁移,在数据处理及载荷等效方法等问题上进行了优化调整。通过CAN总线采集了挖掘机内燃机的扭矩与转速载荷并剔除了非作业阶段;采用雨流计数法对扭矩载荷计数,依据改进的Smith-Watson-Topper(SWT)方法等效扭矩的均值并计算了等效前后的损伤值;基于统计理论拟合了等效幅值,结果表明偏态分布拟合效果好;确定了最大载荷并编制了扭矩的8级载荷谱,外推106循环次数后的扭矩载荷谱相当于外推前的1 820 h。该方法为内燃机扭矩载荷谱编制提供了参考。     

构架三种常用疲劳强度校核方法对比研究

对比分析转向架构架三种常用疲劳强度校核方法的差异。分别采用铁路标准中规定的载荷谱、多刚体系统动力学仿真(Multiple rigid body system dynamic simulation,MRBSDS)技术获取的载荷谱和线路动应力测试应力谱等三种方法对某型地铁拖车转向架构架进行疲劳强度校核。通过准静态叠加法将载荷谱转换为应力谱,准静态叠加法中给出应力响应因子(Stress response factor,SRF)的定义,方便载荷谱和应力谱之间的转换。对比方法是将三种方法获取的应力谱线性外推至100万km进行疲劳等效应力计算。计算结果表明,与线路试验相比,利用标准中规定的载荷谱进行疲劳强度校核略偏保守,MRBSDS方法获取的载荷谱无法准确预测疲劳寿命。应力谱频域分析发现,MRBSDS方法计算疲劳载荷谱应朝采用真实且含有高频信号的线路谱和刚柔耦合模型方向发展。     

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.     

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。     

基于实际行驶载荷的电动汽车差速器扭转疲劳试验方法研究

电动汽车电机具有高频转矩特性,其冲击载荷对减速器、差速器等传动系统疲劳寿命的影响越来越受到企业的重视。根据电动汽车差速器实际受扭转载荷情况,设计了基于液压伺服的电动汽车差速器扭转疲劳试验系统。采用无线遥测系统在垫江试验场按照帕斯卡试验规范对电动汽车半轴转矩进行了实车采集,通过对采集的半轴转矩载荷谱进行预处理和时频域特征分析后,确定了扭转疲劳试验加载波形为正弦波,加载频率为0.5 Hz。通过雨流计数和外推确定了加载幅值和加载频次,从而建立了电动汽车差速器扭转疲劳试验方法。最后,搭建电动汽车差速器扭转疲劳试验系统,对该试验方法进行了验证。结果表明,差速器的疲劳破坏部位及形式与实车行驶时疲劳破坏部位及形式一致,所建立的方法是有效可行的。     

高速铁路接触网吊弦动应力数值模拟及其疲劳荷载特征分析

建立高速铁路弓网系统的有限元模型并进行动态仿真计算,分析了受电弓以300 km/h速度通过时,选定跨段各吊弦的力时程曲线的特点;对双弓250 km/h、300 km/h工况下的静态力和最大吊弦力进行分析,得到了双弓300 km/h工况下吊弦振动时的最大吊弦力最大可达双弓250 km/h工况下的2倍的结论。用雨流计数法对吊弦的应力时程进行统计计数,得到了包含各吊弦的各级应力幅值、应力均值和应力循环次数的应力统计谱。用Goodman直线对雨流计数得到的应力统计谱进行零均值应力转换,从而获得用于试验加载和寿命预测的疲劳载荷谱。研究结果表明：在同一车速下,安装位置越靠近跨段中点,吊弦越容易发生疲劳断裂;对跨中吊弦而言,沿行车方向先经过的吊弦对车速更为敏感,且车速高于300 km/h时发生疲劳断裂的概率更高。     

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。     

A cyclic simulation approach for the generation of the non-stationary load histories of engineering vehicles

The present paper focuses on the simulation of the non-stationary load histories of engineering vehicles for fatigue tests. For the first time, the characteristics of the service loads experienced by engineering vehicles are described. Then rainflow data-reduction contributing to reduce the testing time and extrapolation of each operating section to generate the unavailable extreme loads in a limit test are carried out. Finally, based on the simulated load history of each operating section using Markov chain Monte Carlo method (MCMC) and the corresponding simulation length generated by the Monte Carlo method, a cyclic simulation approach is proposed to generate non-stationary load histories, by which the cyclic characteristic can be reconstructed well. The results of comparison between the observed and simulated load histories show good agreement.     

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。     

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。     

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。     

基于二维载荷谱的疲劳寿命估算

在随机疲劳载荷作用下．应用雨流计数法建立二维疲劳载荷谱,将随机载荷-时间历程处理成以载荷幅值和均值为变量的二维联合概率密度函数：通过建立等幅疲劳中值Su-Sm-N曲面,应用Miner线性疲劳累积损伤理论,提出了基于二维载荷谱的疲劳寿命估算方法？最后,给出了一个具体应用实例,计算结果表明,应用二维疲劳载荷谱进行疲劳寿命计算较一维载荷谱更为合理,具有较好的工程应用价值。     

基于非参数核密度估计法的车辆大数据服役载荷外推方法

提出了基于非参数核密度估计法的用户使用习惯特征统计方法和车辆全寿命周期服役载荷外推方法.以某型宽体轻客的全国大范围用户使用习惯数据调研和道路载荷谱大数据采集为基础,运用非参数一维核密度估计法,研究了90％分位下用户使用习惯典型特征的统计方法.运用非参数二维核密度估计法结合蒙特卡罗仿真,研究了基于用户道路实测载荷的车辆全...