CN103853879A - 一种表征组合路况作用下车辆结构疲劳损伤的网状图法 - Google Patents

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刘永臣
孙丽
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Abstract

本发明公开了一种在组合路况下表征车辆结构疲劳损伤的网状图法。第一步，确定组合路况，进行测试和编制车辆结构载荷谱；第二步，计算各路况作用下车辆结构的疲劳损伤和总损伤；第三步，计算各路况作用下车辆结构损伤密度和在总损伤中的权重；第四步，将各路况作用下的车辆结构损伤密度和权重分别作为圆半径和圆心角，绘制网状图。该网状图的封闭面积即表示了车辆结构在组合路况下的疲劳损伤。为车辆结构疲劳损伤的准确对比分析、道路试验规范的有效调整等提供一种方便可靠的研究手段，为车辆疲劳耐久研究提供一种有效方法。

Description

一种表征组合路况作用下车辆结构疲劳损伤的网状图法
技术领域
本发明涉及车辆结构疲劳损伤研究领域，尤其涉及一种用于确定在组合路况作用下车辆结构疲劳损伤状况的方法。
背景技术
路面不平度激励对车辆性能产生直接影响，为确定真实路面激励对车辆疲劳耐久性的影响，在试验场各强化路面激励条件下的车辆结构疲劳损伤研究以及实测载荷谱下的寿命预测，已受到主要车辆研发机构、大型汽车企业的高度重视，开展了许多车辆疲劳耐久方面的研究工作，主要集中在试验场载荷谱下的道路模拟实验，汽车疲劳耐久强化试验等研究。对于车辆结构件的疲劳损伤评估，目前主要有两种方法：一种是数值仿真法，主要结合有限元与疲劳理论进行结构的疲劳寿命预测，多用于结构改进或定型分析；一种是试验方法，多用于产品的定型或验证，试验周期长，以上方法都不能充分有效利用汽车整车和零部件生产企业所进行的强化路面下疲劳耐久试验数据，在产品开发、改进优化过程中仍需不断重复试验，大大增加了试验成本，为此，实现对疲劳耐久试验数据有效利用十分必要，而且具有十分重要工程应用价值。
目前，车辆工程领域，许多厂家都在结合自身产品进行大量的疲劳耐久试验，获得了大量的载荷谱数据。特别是试验场强化路面车辆载荷谱，主要用来产品定型、耐久分析，以及提供疲劳耐久台架试验的加载谱。对于载荷测试数据主要是直接用于以上单一试验目的，并未深入研究载荷谱对车辆结构损伤的潜在影响，以便清晰对比不同强化路况里程、不同作用顺序对车辆结构损伤和疲劳寿命的影响规律，从而指导企业进行试验方案修正和试验规范调整，提高试验效率和产品开发质量。
对于不同汽车企业来讲，为了在不重复进行道路载荷测试情况下考查试验场不同强化道路对车辆结构的疲劳损伤、有效调整试验场不同强化道路试验规范，本发明提出一种表征组合路况作用下车辆结构疲劳损伤的网状图法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种在组合路况作用下车辆结构疲劳损伤的表示方法，为车辆结构疲劳损伤的准确分析、道路试验规范的有效调整等提供一种方便可靠的研究手段，为车辆疲劳耐久研究提供有效方法。
本发明的技术解决方案是：该方法首先是确定组合路况，进行测试和编制车辆结构载荷谱；其次是计算各路况作用下车辆结构损伤和总损伤；再次是计算各路况作用下的车辆结构损伤密度和在总损伤中的权重；最后是将各路况作用下的损伤密度和权重分别作为圆半径和圆心角，绘制网状图。该网状图的封闭面积即表示了车辆结构在组合路况下的疲劳损伤。
其中，该方法包括以下步骤：第一步，车辆结构在组合路况下应变载荷测试和编制载荷谱；第二步，计算各路况作用下车辆结构损伤和总损伤；第三步，计算各路况作用下车辆结构损伤密度和在总损伤中的权重；第四步，绘制网状图。方案流程如图1所示。
其中，该方法的具体步骤如下：
第一步：车辆结构在组合路况作用下应变载荷测试和编制载荷谱
(1)确定组合路况，选择三种及以上的路面等级较低的强化路组合；
(2)结构载荷测试，对车辆重要结构的损伤危险点进行载荷测试；
(3)编制载荷谱，应用雨流法对各单一路况和组合路况作用下车辆结构载荷分别进行计数统计。
第二步：计算各路况作用下车辆结构损伤和总损伤
应用glyphworks软件计算每种路况作用下车辆结构的疲劳损伤和在组合路况下的总疲劳损伤；
第三步：计算各路况作用下车辆结构损伤密度和在总损伤中的权重
(1)计算每种路况作用下车辆结构的损伤密度值，其值为疲劳损伤值与该路况里程的比值；
(2)计算每种路况作用下车辆结构疲劳损伤在总损伤中的权重值，其值为每种路况车辆结构损伤值与总损伤值的比值；
(3)对损伤密度进行百分制计分，根据损伤密度的实际大小进行百分区域值划分，通过向上取整，确定出各路面下产生的损伤密度的分值。
第四步：绘制网状图
(1)绘制合适大小的单位圆；
(2)按各路况作用顺序，以顺次确定圆心角，其大小与各路况损伤权重相等，绘制出各半径；
(3)在相应的半径上，选取各路况作用下车辆结构损伤密度的分值点，半径由内而外为0～100分；
(4)顺次连接各点，形成封闭面积，其大小即表示该组合路况作用下车辆结构的疲劳损伤。
本发明的优点是：表达车辆结构损伤状况非常清晰、明确；根据用户需要，改变权重值可明确对比出不同路况对车辆结构损伤的影响程度；通过改变路况作用顺序，可清晰验证不同路况作用顺序对车辆结构疲劳损伤的影响，与结构疲劳损伤与载荷作用顺序相关的疲劳损伤理论相一致。为车辆结构疲劳损伤对比分析、疲劳耐久试验规范调整、车辆产品结构优化等提供了一种简单、准确、实用的方法。
附图说明
图1是本发明方法的方案流程示意图。
图2是本发明的控制臂危险点结构图。
图3是本发明的控制臂组合路况下雨流计数结果直方图。
图4是本发明的表示控制臂损伤的网状图。
图中：1、2、3、4、5、6、7、8分别为扭曲路乙、石块路丙、石块路乙、卵石路乙、砂石路、搓板路乙、长波路、一般公路等8种路况。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明的技术解决方案，实施例不应理解为是对技术解决方案的限制。
实施例1：以某车控制臂在试验场强化组合路况下的疲劳损伤分析为例进行说明。
第一步：车辆控制臂在试验场强化组合路况下应变载荷测试与编制载荷谱
(1)确定组合路况，选择交通部公路试验场强化路面，如表1所示；
表1试验场载荷测试方案
Figure BSA0000099582490000031
(2)结构载荷测试，确定控制臂结构损伤危险点进行载荷测试，控制臂结构如图2所示；
(3)编制载荷谱，应用雨流法对八种路况和综路况载荷分别进行计数统计，雨流计数结果如图3所示。
第二步：分别计算各路况结构损伤和总损伤
应用ncode8.0glyghworks疲劳分析软件计算每种路况下车辆结构的疲劳损伤和在组合路况下的总疲劳损伤，计数结果见表2。
第三步：计算各路况下控制臂损伤密度和在总损伤中的权重
(1)分别计算每种路况下控制臂测点的损伤密度值，结果见表2；
(2)分别计算每种路况下控制臂测点疲劳损伤在总损伤中的权重值(或贡献率)，分别用各自损伤值除以总损伤所得，结果见表2；
表2试验场各强化路面引起控制臂的疲劳损伤
Figure BSA0000099582490000032
Figure BSA0000099582490000041
(3)对8种路况的损伤密度进行百分制计分，根据损伤密度的实际大小进行百分区域值划分，如表3所示，通过向上取整，确定出各路况的损伤密度的分值，如表4所示。
表3损伤密度区域分值
Figure BSA0000099582490000042
第四步：绘制控制臂结构在试验场强化组合路况作用下疲劳损伤网状图
(1)首先绘制合适大小的单位圆；
(2)按8种路面作用顺序，顺次确定圆心角，根据表2中各路况损伤权重(或贡献率)计算，即圆心角＝360°*贡献率，绘制出各半径；
(3)在每条半径上，选取表4中各强化路况损伤密度的分数值，半径由内而外为0～100分，确定各半径上的疲劳损伤点；
(4)顺次直线连接各点，形成如图4所示的封闭面积，其大小即表示该组合路况下车辆结构的疲劳损伤。
当需要计算不同路面比重变化引起车辆结构损伤的变化时，只需要在网状图中改变圆心角大小，当需要考虑不同强化路面作用顺序对车辆结构疲劳损伤的影响时，只需要在网状图中改变圆心角的对应位置，即可重新得到网状图的封闭面积。

Claims (1)

1.一种表征组合路况作用下车辆结构疲劳损伤的网状图法，其特征在于用网状图的圆心角表示各路况作用下的车辆结构损伤的权重值，圆半径长度表示各路况作用下的车辆结构损伤密度值，形成封闭面积表示组合路况作用下的车辆结构疲劳损伤，该方法包含以下具体步骤：
第一步：车辆结构在组合路况作用下应变载荷测试和编制载荷谱
(1)确定组合路况，选择三种及以上的路面等级较低的强化路组合；
(2)结构载荷测试，对车辆重要结构的损伤危险点进行载荷测试；
(3)编制载荷谱，应用雨流法对各单一路况和组合路况作用下车辆结构载荷分别进行计数统计。
第二步：计算各路况作用下车辆结构损伤和总损伤
应用glyphworks软件计算每种路况作用下车辆结构的疲劳损伤和在组合路况下的总疲劳损伤；
第三步：计算各路况作用下车辆结构损伤密度和在总损伤中的权重
(1)计算每种路况作用下车辆结构的损伤密度值，其值为疲劳损伤值与该路况里程的比值；
(2)计算每种路况作用下车辆结构疲劳损伤在总损伤中的权重值，其值为每种路况车辆结构损伤值与总损伤值的比值；
(3)对损伤密度进行百分制计分，根据损伤密度的实际大小进行百分区域值划分，通过向上取整，确定出各路面下产生的损伤密度的分值。
第四步：绘制网状图
(1)绘制合适大小的单位圆；
(2)按各路况作用顺序，以顺次确定圆心角，其大小与各路况损伤权重相等，绘制出各半径；
(3)在相应的半径上，选取各路况作用下车辆结构损伤密度的分值点，半径由内而外为0～100分；
(4)顺次连接各点，形成封闭面积，其大小即表示该组合路况作用下车辆结构的疲劳损伤。
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