CN103902820B

CN103902820B - 一种组合路况下车辆结构疲劳损伤计算的当量系数法

Info

Publication number: CN103902820B
Application number: CN201410112414.3A
Authority: CN
Inventors: 刘永臣; 孙丽
Original assignee: Huaiyin Institute of Technology
Current assignee: Huaiyin Institute of Technology
Priority date: 2014-03-22
Filing date: 2014-03-22
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2034-03-22
Also published as: CN103902820A

Abstract

本发明公开了一种在组合路况条件下计算车辆结构疲劳损伤的当量系数法。第一步，测试车辆结构在选定的组合路况下的应变载荷并编制载荷谱；第二步，计算各路况条件下的车辆结构损伤值；第三步，根据损伤等效原则，以某一路况为基准，计算其他路况条件下车辆结构损伤的当量系数；第四步，利用当量系数，根据用户需要调整组合路况，并分析相应的车辆结构损伤。该方法基于既定的疲劳载荷试验数据，在进行汽车疲劳耐久性研究时，可方便、准确地确定各路面间疲劳损伤的当量关系；可根据用户使用要求和目标，在道路试验中进行里程重组；可预估出车辆结构的疲劳损伤值，便于进行疲劳损伤的对比分析。

Description

一种组合路况下车辆结构疲劳损伤计算的当量系数法

技术领域

本发明涉及车辆疲劳耐久性研究领域，尤其涉及一种用于表示组合路况作用下车辆结构疲劳损伤状况的方法。

背景技术

路面不平度激励直接引起车辆疲劳损伤，为确定真实路面激励对车辆疲劳耐久性的影响，通常在试验场各强化路面激励条件下进行车辆疲劳耐久性研究、进行实测载荷谱下的寿命预测。各主要车辆研发机构、大型汽车企业已高度重视，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，汽车疲劳耐久道路强化试验等研究。在车辆疲劳耐久研究中，道路载荷测试现已成为重要方法，对于产品初期方案设计、产品性能检验、结构优化验证、产品定型等具有直接的重要的指导作用。而车辆产品道路耐久性试验试验周期较长，试验目的比较单一，在产品改进优化设计后仍需不断重复试验，大大增加了试验成本，同时，每次所获得的强化路面下疲劳耐久试验数据，不能为汽车整车和零部件生产企业的不同用户需要而充分有效利用，为此，在车辆疲劳耐久性分析研究过程中，实现对疲劳耐久试验数据有效利用，即能节约大量试验成本，又可以方便进行满足不同用户需要、不同改进设计优劣的对比分析，具有十分重要工程意义和应用价值。

汽车厂家通常结合自身产品用途进行大量的疲劳耐久道路试验，试验通常选择综合路况进行，获得车辆结构的应力、加速度、位移等数据，可进一步确定车辆结构损伤，并进行寿命预估，也可为车辆结构进行室内台架试验提供激励谱，进而确定车辆产品的疲劳耐久性能。对于组合路况下载荷测试数据并未深入用于研究载荷谱对车辆结构损伤的潜在影响，使用目的单一，为方便对比分析不同路况条件对车辆结构损伤和疲劳寿命的影响规律，指导企业进行试验数据的充分有效利用，降低产品开发过程中的试验成本，本发明提出一种在组合路况条件下计算车辆结构疲劳损伤的当量系数法。

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计算的方法，为基于不同道路条件的车辆结构疲劳损伤的对比分析提供一种方便、灵活、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，进行此路况条件下的车辆结构载荷测试和编制载荷谱；其次是计算组合路况中各种路况条件下的车辆结构损伤；再次是根据损伤等效原则，以某一路况为基准，计算其他路况条件下车辆结构损伤的当量系数；最后是利用当量系数，根据用户需要调整组合路况，并分析相应的车辆结构损伤。

其中，该方法包括以下步骤：第一步，测试车辆结构在选定的组合路况下的应变载荷并编制载荷谱；第二步，计算各路况条件下的车辆结构损伤值；第三步，根据损伤等效原则，以某一路况为基准，计算其他路况条件下车辆结构损伤的当量系数；第四步，利用当量系数，根据用户需要调整组合路况，并分析相应的车辆结构损伤。

其中，该方法的具体步骤如下：

第一步：测试车辆结构在选定的组合路况下的应变载荷并编制载荷谱

(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，应用雨流计数法对各单一路况作用下车辆结构载荷分别进行计数统计。

第二步：计算各路况条件下的车辆结构损伤值

应用glyphworks软件编制疲劳损伤计算流程，根据车辆结构材料的S-N特性，计算出每种路况作用下车辆结构的疲劳损伤。

第三步：根据损伤等效原则，以某一路况为基准，计算其他路况条件下车辆结构损伤的当量系数

(1)假设在第j种路面下产生的疲劳损伤与第i种路面下产生的损伤相等(即疲劳损伤等效)，即有式(1)的关系成立，

\frac{x_{j}}{y_{j}} = \frac{x_{ij}}{y_{i}}

式(1)

式中，x_j表示第j种路面里程、x_ij表示第i种路面相对于第j种路面损伤相等时的当量里程，y_j表示x_j里程作用产生的疲劳损伤量，y_i表示第i种路面x_i里程作用产生的疲劳损伤量；

(2)计算任一路况条件下车辆结构疲劳损伤相对于某一关注路况条件下疲劳损伤的当量里程，即通过式(1)进行计算求得：

x_{ij} = \frac{y_{i} {\cdot x}_{j}}{y_{j}}

式(2)

由式(2)可知，x_i与x_ij是当量的，即x_ij是对第i种路面里程x_i的当量里程；

(3)计算任一路况条件下车辆结构疲劳损伤相对于某一关注路况条件下疲劳损伤的当量系数α_ij，由式(2)可进一步求得当量系数α_ij，即式(3)，

α_{ij} = \frac{x_{ij}}{x_{i}}

式(3)

第四步：利用当量系数，根据用户需要调整组合路况，并分析相应的车辆结构损伤

(1)根据汽车企业或用户需要，选定试验里程X_i与试验组合路况条件(包括路况种类j及其权重比例m_j)；

(2)利用第三步中计算的各路面的当量系数，确定各类路况试验里程X_j；X_j由式(4)计算求得，

X_{j} = \frac{X_{i} \cdot m_{j}}{α_{ij}}

式(4)

(3)计算分析目标路况下的总损伤D，可通过求取每种路况的疲劳损伤D_j求得，即有式(5)

D=ΣD_j

D_{j} = \frac{y_{i}}{x_{j}} \cdot X_{j}

式(5)

本发明的优点是：基于既定的疲劳载荷试验数据，在进行汽车疲劳耐久性研究时，可方便、准确地确定各路面间疲劳损伤的当量关系；可根据用户使用要求和目标，在道路试验中进行里程重组，即有效调整试验方案；可预估出车辆结构的疲劳损伤值，便于进行疲劳损伤的对比分析。该方法确定的车辆结构损伤具有试验依据，过程简便、对比准确、节省大量的试验成本，为车辆结构疲劳损伤对比分析、疲劳耐久试验研究等提供了一种科学、可靠、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是本发明的控制臂结构有限元分析图。

图3是本发明的控制臂载荷测试贴片布置图

图4是本发明的控制臂组合路况下雨流计数结果直方图。

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：按图1流程，以某车型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组合强化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(共8种路况)，如表1所示；

表1试验场载荷测试方案

(2)结构载荷测试，有限元分析确定车辆控制臂结构损伤危险点，如图2所示，进行载荷测试，控制臂结构载荷测试贴片位置如图3所示；

(3)编制载荷谱，应用雨流法对八种路况载荷分别进行计数统计，控制臂测点在组合路况下载荷的雨流计数结果如图4所示。

第二步：分别计算各路况下车辆结构损伤。

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值，计算结果见表2。

表2试验场各强化路面引起控制臂的疲劳损伤

第三步：根据损伤等效原则，以一般公路为基准，计算其他7种路况条件下车辆结构损伤的当量系数。

(1)假设在一般公路条件下控制臂产生的疲劳损伤与其他路面下产生的损伤相等(即疲劳损伤等效)，将表2中相应数值代入式(1)中，即x_j=x₈=2300，y_j=y₈=4.70E-09，y_i=y₁，y₂，...，y₇，其值分别为7.81E-07，6.22E-07，1.28E-06，1.05E-07，3.62E-07，5.89E-07，4.36E-08；

(2)分别计算路况1～7条件下车辆控制臂结构疲劳损伤相对于一般公路条件下疲劳损伤的当量里程，由式(2)进行计算求得，结果见表3所示；

表3试验场路况1～7对一般公路的当量里程

(3)计算路况1～7条件下车辆控制臂结构的疲劳损伤相对于一般公路条件下疲劳损伤的当量系数，将表3中计算结果和表2中路况1～7对应的里程代入式(3)求得各α_ij值如表4所示。

表4试验场路况1～7对一般公路的当量系数

表4中当量系数4496数值的说明，每1m扭曲路路况对车辆控制臂结构所引起的疲劳损伤，相当于4496m的一般公路路况所引起的疲劳损伤值。

第四步：计算任一组合路况条件下的车辆结构损伤值。

(1)某汽车企业针对某车型，考察30000km一般公路条件的车辆结构疲劳耐久性能，根据试验条件，试验拟选择扭曲路、石块路丙、石块路乙、卵石路乙、砂石路、搓板路乙、长波路，其试验里程权重系数分别取5％、20％、15％、16％、25％、6％、13％(系数值可根据实际需要进行调整)；

(2)利用表4中计算的各路面的当量系数，根据式(4)可确定各类路况的试验里程，见表5所示；

表5各路况试验里程

(3)根据表5与表2中各路况里程及损伤结果，由式(5)计算得到目标路况试验中车辆控制臂结构的总损伤为6.13E-5。

第四步计算过程中，用户目标里程、试验路面种类及权重由不同汽车企业、车型、试验条件决定，当需要调整时，利用当量系数，方便确定试验路况里程、便于对比相应条件下的车辆结构损伤。

Claims

1.一种在组合路况条件下计算车辆结构疲劳损伤的当量系数法，其特征在于利用损伤等效原则，求取组合路况条件下各路况间的车辆结构损伤的当量系数，并利用该系数进行疲劳试验组合路况调整及其对应的结构损伤对比分析，该方法包含以下具体步骤：

(3)编制载荷谱，应用雨流计数法对各单一路况作用下车辆结构载荷分别进行计数统计；

第二步：计算各路况条件下的车辆结构损伤值

应用glyphworks软件编制疲劳损伤计算流程，根据车辆结构材料的S-N特性，计算出每种路况作用下车辆结构的疲劳损伤；

(1)根据汽车企业或用户需要，选定试验里程X_i与试验组合路况条件，包括路况种类j及其权重比例m_j；

(3)计算分析目标路况下的总损伤D，可通过求取每种路况，即第j种路况的疲劳损伤D_j求得，即有式(5)

D＝∑D_j

由此，计算用户目标路况下的车辆结构疲劳损伤。