CN112461548B - 一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法 - Google Patents

一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法 Download PDF

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Abstract

一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，先将挡泥板支架总成搭载在整车上进行整车道路试验，采集其安装点的XYZ三轴加速度时域信号，再计算挡泥板支架总成疲劳仿真模型的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换成频域的PSD随机振动载荷，然后对挡泥板支架总成进行疲劳仿真分析，分别计算挡泥板支架总成在三轴同时振动和依次振动时的疲劳损伤最大值，并将两者的比值作为补偿系数，根据疲劳损伤谱FDS等效原则确定加速后的台架试验时间，最后将加速后的台架试验时间与补偿系数的乘积作为最终的挡泥板支架总成的台架试验时间。该方法实现了台架疲劳寿命与整车道路耐久试验寿命的准确关联，提高了耐久台架试验结果的准确度。

Description

一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法
技术领域
本发明属于挡泥板耐久性能测试领域，具体涉及一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法。
背景技术
对于轻卡挡泥板支架总成的耐久性能验证，常规的验证方法主要有两种。一种是将挡泥板支架总成搭载在整车上进行试验场道路耐久试验，该方法的结果虽然更接近实际，但是耗时过长、试验成本高；另一种是将挡泥板支架总成固定在电磁振动台上进行定频恒幅振动耐久试验，该方法的试验周期短、成本低，但这种台架试验得到的结果往往与整车道路耐久试验寿命的关联性较差，无法准确反映挡泥板支架总成的实际疲劳耐久性能，因此其测试结果的准确度低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够有效提高台架试验结果准确度的轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，依次包括以下步骤：
步骤A、将挡泥板支架总成搭载在整车上，在不同装载工况下进行整车道路试验，采集挡泥板支架总成安装点的XYZ三轴加速度时域信号并对其进行预处理及组合；
步骤B、先计算挡泥板支架总成疲劳仿真模型的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换成频域的PSD随机振动载荷，然后对挡泥板支架总成进行疲劳仿真分析，分别计算挡泥板支架总成在三轴同时振动时的疲劳损伤最大值Dmax1和三轴依次振动时的疲劳损伤最大值Dmax2；
步骤C、将Dmax1与Dmax2的比值作为补偿系数，并根据疲劳损伤谱FDS等效原则确定加速后的台架试验时间；
步骤D、将加速后的台架试验时间与补偿系数的乘积作为最终的挡泥板支架总成的台架试验时间。
所述步骤B依次包括以下步骤：
步骤B1、先建立挡泥板支架总成疲劳仿真模型，再采用模态频率响应仿真分析计算挡泥板支架总成的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换为频域的PSD随机振动载荷，其中，所述频域的PSD随机振动载荷包括自功率谱密度和互功率谱密度；
步骤B2、根据挡泥板支架总成的频响应力和频域的PSD随机振动载荷，分别计算得到Dmax1、Dmax2，其中，计算Dmax2时，频域的PSD随机振动载荷仅选用自功率谱密度。
所述步骤B2采用以下方法计算得到Dmax1、Dmax2：
先将挡泥板支架总成的频响应力与频域的PSD随机振动载荷叠加以得到应力功率谱密度，再采用Dirlik循环计数算法得到应力循环结果，然后结合材料SN曲线、miner线性叠加原理计算得到挡泥板支架总成的疲劳损伤最大值。
步骤B1中，所述频响应力包括0-60Hz范围内各频率点所对应的应力。
所述步骤C还包括对加速后的台架试验PSD载荷谱进行校核的步骤，该步骤具体为：
先基于疲劳损伤谱FDS等效原则计算加速后的台架试验PSD载荷谱，再计算其极限响应谱ERS，然后将ERS与原PSD的冲击响应谱SRS包络线进行比较，若ERS小于原PSD的冲击响应谱SRS包络线的1.5倍，则判定加速后的台架试验时间和PSD载荷谱是合理的。
步骤A中，所述整车道路试验按照轻卡耐久试验规范进行，采集三轴加速度时域信号的时间为4-6天。
步骤A中，所述装载工况包括空载、半载、满载、超载工况，所述超载工况包含1.5倍满载工况和2.3倍满载工况。
步骤A中，
所述预处理是指：去除采集的各装载工况下的三轴加速度时域信号中的异常信号；
所述组合是指：按照轻卡耐久试验规范将预处理后的各装载工况下的三轴加速度时域信号进行组合，得到合成的综合载荷谱。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法先将挡泥板支架总成搭载在整车上，在不同装载工况下进行整车道路试验，采集挡泥板支架总成安装点的XYZ三轴加速度时域信号并对其进行预处理及组合，再计算挡泥板支架总成疲劳仿真模型的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换成频域的PSD随机振动载荷，然后对挡泥板支架总成进行疲劳仿真分析，分别计算挡泥板支架总成在三轴同时振动时的疲劳损伤最大值Dmax1和三轴依次振动时的疲劳损伤最大值Dmax2，随后将Dmax1与Dmax2的比值作为补偿系数，并根据疲劳损伤谱FDS等效原则确定加速后的台架试验时间，最后将加速后的台架试验时间与补偿系数的乘积作为最终的挡泥板支架总成的台架试验时间，该方法通过建立台架试验与整车道路耐久试验的当量关系，实现了台架疲劳寿命与整车道路耐久试验寿命的准确关联，使得通过台架振动耐久试验就能准确测试挡泥板支架总成的实际疲劳耐久性能。因此，本发明有效提高了耐久台架试验结果的准确度。
附图说明
图1为本发明实施例1将采集的三轴加速度时域信号转换为频域的PSD随机振动载荷示意图。
图2为本发明实施例1得到的三轴同时振动和三轴依次振动时的疲劳寿命结果。
图3为本发明实施例1中对加速后的台架试验PSD载荷谱进行校核的流程图。
图4为本发明实施例1中对样件进行结构加强的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，依次包括以下步骤：
步骤A、将挡泥板支架总成搭载在整车上，在不同装载工况下进行整车道路试验，采集挡泥板支架总成安装点的XYZ三轴加速度时域信号并对其进行预处理及组合；
步骤B、先计算挡泥板支架总成疲劳仿真模型的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换成频域的PSD随机振动载荷，然后对挡泥板支架总成进行疲劳仿真分析，分别计算挡泥板支架总成在三轴同时振动时的疲劳损伤最大值Dmax1和三轴依次振动时的疲劳损伤最大值Dmax2；
步骤C、将Dmax1与Dmax2的比值作为补偿系数，并根据疲劳损伤谱FDS等效原则确定加速后的台架试验时间；
步骤D、将加速后的台架试验时间与补偿系数的乘积作为最终的挡泥板支架总成的台架试验时间。
所述步骤B依次包括以下步骤：
步骤B1、先建立挡泥板支架总成疲劳仿真模型，再采用模态频率响应仿真分析计算挡泥板支架总成的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换为频域的PSD随机振动载荷，其中，所述频域的PSD随机振动载荷包括自功率谱密度和互功率谱密度；
步骤B2、根据挡泥板支架总成的频响应力和频域的PSD随机振动载荷，分别计算得到Dmax1、Dmax2，其中，计算Dmax2时，频域的PSD随机振动载荷仅选用自功率谱密度。
所述步骤B2采用以下方法计算得到Dmax1、Dmax2：
先将挡泥板支架总成的频响应力与频域的PSD随机振动载荷叠加以得到应力功率谱密度，再采用Dirlik循环计数算法得到应力循环结果，然后结合材料SN曲线、miner线性叠加原理计算得到挡泥板支架总成的疲劳损伤最大值。
步骤B1中，所述频响应力包括0-60Hz范围内各频率点所对应的应力。
所述步骤C还包括对加速后的台架试验PSD载荷谱进行校核的步骤，该步骤具体为：
先基于疲劳损伤谱FDS等效原则计算加速后的台架试验PSD载荷谱，再计算其极限响应谱ERS，然后将ERS与原PSD的冲击响应谱SRS包络线进行比较，若ERS小于原PSD的冲击响应谱SRS包络线的1.5倍，则判定加速后的台架试验时间和PSD载荷谱是合理的。
步骤A中，所述整车道路试验按照轻卡耐久试验规范进行，采集三轴加速度时域信号的时间为4-6天。
步骤A中，所述装载工况包括空载、半载、满载、超载工况，所述超载工况包含1.5倍满载工况和2.3倍满载工况。
步骤A中，
所述预处理是指：去除采集的各装载工况下的三轴加速度时域信号中的异常信号；
所述组合是指：按照轻卡耐久试验规范将预处理后的各装载工况下的三轴加速度时域信号进行组合，得到合成的综合载荷谱。
本发明的原理说明如下：
本发明提供了一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，该方法采用的仿真技术作为台架试验与整车道路耐久试验疲劳损伤关联的桥梁，分别模拟整车道路耐久试验环境下的疲劳寿命和台架耐久试验环境下的疲劳寿命，基于疲劳损伤谱FDS等效原则，建立了挡泥板支架台架试验与整车道路耐久试验之间的当量关系，使台架疲劳寿命与整车道路耐久试验寿命准确关联起来。同时，考虑到挡泥板支架在试验场道路试验中受到的激励载荷为XYZ三轴同时激励，但是台架试验设备只能对XYZ三轴依次进行振动激励，本发明将仿真计算得到的三轴同时振动的疲劳寿命和三轴依次振动的疲劳寿命之间的差异通过增加振动时间的方式给予补偿，引入了补偿系数的概念，将三轴同时振动仿真的疲劳损伤与三轴依次振动仿真的疲劳损伤的比值作为补偿系数。
本发明建立了挡泥板支架总成的台架疲劳寿命与整车道路耐久试验寿命准确关联，对于后期新开发的这类挡泥板支架总成，可直接采用该试验时间进行台架振动耐久试验，不仅准确度高，而且试验结果的一致性好，可重复性高。
挡泥板支架总成疲劳仿真模型：本发明采用的疲劳仿真模型的频域振动疲劳分析效率高，且能够考虑结构在外界激励载荷作用下产生的动态响应。
为避免台架试验PSD载荷加速过度导致疲劳失效位置发生改变，需要对合成加速后的台架试验PSD载荷谱进行校核。
频响应力：本发明，采用模态频率响应仿真分析计算挡泥板支架总成的频响应力，其输入的参数包括挡泥板支架总成的几何结构和材料性能。
采用本发明得到的时间进行台架试验产生的疲劳损伤等效于实车在试验场耐久路面连续行驶2.5万km产生的损伤。
实施例1：
一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，依次按照以下步骤进行：
步骤1、将挡泥板支架总成搭载在整车上，在不同装载工况下再耐久路面上进行整车道路试验，采集挡泥板支架总成安装点的XYZ三轴加速度时域信号并对其进行预处理及组合，其中，所述整车道路试验按照轻卡耐久试验规范进行，一个循环的耐久路面由比利时路、长波路、扭曲路等路面按照一定比例进行组合而成，所述采集三轴加速度时域信号的时间为5天，所述装载工况包括空载、半载、满载、超载工况，所述超载工况包含1.5倍满载工况和2.3倍满载工况，所述预处理是指：去除采集的各装载工况下的三轴加速度时域信号中的异常信号，所述组合是指：按照轻卡耐久试验规范将预处理后的各装载工况下的三轴加速度时域信号进行组合，得到合成的综合载荷谱；
步骤2、先建立挡泥板支架总成疲劳仿真模型，再采用模态频率响应仿真分析计算挡泥板支架总成的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换为频域的PSD随机振动载荷（参见图1），其中，所述频响应力包括0-60Hz范围内各频率点所对应的应力，所述频域的PSD随机振动载荷包括自功率谱密度和互功率谱密度，挡泥板支架总成在真实振动环境中的输入载荷为三轴同时振动激励，当不考虑XYZ三个方向载荷之间的相关性时，即不考虑互功率谱密度，得到的是三轴依次振动的PSD载荷；
步骤3、根据挡泥板支架总成的频响应力和频域的PSD随机振动载荷，分别计算得到三轴同时振动时的疲劳损伤最大值Dmax1=0.04571、三轴依次振动时的疲劳损伤最大值Dmax2=0.03318（疲劳损伤云参见图2），其中，计算Dmax2时，频域的PSD随机振动载荷仅选用自功率谱密度，Dmax1、Dmax2的计算方法为：先将挡泥板支架总成的频响应力与频域的PSD随机振动载荷叠加以得到应力功率谱密度，再采用Dirlik循环计数算法得到应力循环结果，然后结合材料SN曲线、miner线性叠加原理计算得到挡泥板支架总成的疲劳损伤最大值；
步骤4、将Dmax1与Dmax2的比值作为补偿系数，为1.378，根据疲劳损伤谱FDS等效原则确定加速后的台架试验时间为20h，并对加速后的台架试验PSD载荷谱进行校核，具体为：
参见图3，先基于疲劳损伤谱FDS等效原则计算加速后的台架试验PSD载荷谱，再计算其极限响应谱ERS，然后将ERS与原PSD的冲击响应谱SRS包络线进行比较，若ERS小于原PSD的冲击响应谱SRS包络线的1.5倍，则判定加速后的台架试验时间和PSD载荷谱是合理的；
步骤5、将加速后的台架试验时间与补偿系数的乘积作为最终的挡泥板支架总成的台架试验时间，即为27.5h。
确定台架试验时间之后，选择两个相同的挡泥板支架总成样件（分别为样件1、样件2），样件1通过工装夹具固定在振动台上，按照生成的XYZ三向加速载荷依次施加在试验台上进行振动试验，X、Y、Z每个方向的振动时间均为27.5h；样件2则搭载在整车上进行耐久试验。在样件1的下端安装监控传感器，当支架出现开裂失效时，监控信号会发生突变，超过报警限值后就会自动停机。
通过试验发现，样件1在完成X向27.5小时、Y向27.5小时、Z向19.1小时后产生断裂，未达到三个方向各振动27.5小时的寿命目标；样件2在整车行驶17803km是发生开裂，无法满足耐久强化路面2.5万km的要求，且样件1、样件2的开裂位置一致。
为了满足耐久试验目标，对样件1、样件2的断裂小支架结构进行加强（将支架厚度增加0.5mm，参见图4），再采用本发明所述方法计算疲劳损伤最大值，结果显示疲劳寿命增加到原结构的2.63倍，即理论开裂里程为4.68万km，满足试车场耐久试验目标≥2.5万km要求。
最后，对结构加强后的挡泥板支架总成进行台架耐久试验进行验证，满足了三个方向各振动27.5小时未开裂的寿命目标；同时，将结构加强后的挡泥板支架总成搭载在整车上进行2.5万km试验场耐久试验时未出现开裂现象。

Claims (8)

1.一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：
所述方法依次包括以下步骤：
步骤A、将挡泥板支架总成搭载在整车上，在不同装载工况下进行整车道路试验，采集挡泥板支架总成安装点的XYZ三轴加速度时域信号并对其进行预处理及组合；
步骤B、先计算挡泥板支架总成疲劳仿真模型的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换成频域的PSD随机振动载荷，然后对挡泥板支架总成进行疲劳仿真分析，分别计算挡泥板支架总成在三轴同时振动时的疲劳损伤最大值Dmax1和三轴依次振动时的疲劳损伤最大值Dmax2；
步骤C、将Dmax1与Dmax2的比值作为补偿系数，并根据疲劳损伤谱FDS等效原则确定加速后的台架试验时间；
步骤D、将加速后的台架试验时间与补偿系数的乘积作为最终的挡泥板支架总成的台架试验时间。
2.根据权利要求1所述的一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：
所述步骤B依次包括以下步骤：
步骤B1、先建立挡泥板支架总成疲劳仿真模型，再采用模态频率响应仿真分析计算挡泥板支架总成的频响应力，并将采集的三轴加速度时域信号转换为频域的PSD随机振动载荷，其中，所述频域的PSD随机振动载荷包括自功率谱密度和互功率谱密度；
步骤B2、根据挡泥板支架总成的频响应力和频域的PSD随机振动载荷，分别计算得到Dmax1、Dmax2，其中，计算Dmax2时，频域的PSD随机振动载荷仅选用自功率谱密度。
3.根据权利要求2所述的一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：
所述步骤B2采用以下方法计算得到Dmax1、Dmax2：
先将挡泥板支架总成的频响应力与频域的PSD随机振动载荷叠加以得到应力功率谱密度，再采用Dirlik循环计数算法得到应力循环结果，然后结合材料SN曲线、miner线性叠加原理计算得到挡泥板支架总成的疲劳损伤最大值。
4.根据权利要求2或3所述的一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：
步骤B1中，所述频响应力包括0-60Hz范围内各频率点所对应的应力。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：
所述步骤C还包括对加速后的台架试验PSD载荷谱进行校核的步骤，该步骤具体为：
先基于疲劳损伤谱FDS等效原则计算加速后的台架试验PSD载荷谱，再计算其极限响应谱ERS，然后将ERS与原PSD的冲击响应谱SRS包络线进行比较，若ERS小于原PSD的冲击响应谱SRS包络线的1.5倍，则判定加速后的台架试验时间和PSD载荷谱是合理的。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：步骤A中，所述整车道路试验按照轻卡耐久试验规范进行，采集三轴加速度时域信号的时间为4-6天。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：步骤A中，所述装载工况包括空载、半载、满载、超载工况，所述超载工况包含1.5倍满载工况和2.3倍满载工况。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法，其特征在于：
步骤A中，
所述预处理是指：去除采集的各装载工况下的三轴加速度时域信号中的异常信号；
所述组合是指：按照轻卡耐久试验规范将预处理后的各装载工况下的三轴加速度时域信号进行组合，得到合成的综合载荷谱。
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