CN112924181A - 一种车架局部疲劳寿命测试方法和测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车架局部疲劳寿命测试方法和测试装置，属于汽车工程技术领域。先对支撑梁的裂纹处进行改进措施；在实际路况下完成改进前、后的支撑梁和结构件的应变谱采集；由胡克定律推导得出改进前、后的车架的应力测试数据，根据改进前、后的车架的应力峰值，按疲劳理论S‑N曲线进行全寿命分析或者按疲劳理论ε‑N曲线进行局部应力应变寿命分析；通过台架试验标定工作建立结构件应变的函数关系，基于结构件的应变测试数据，获得改进前、后结构件的作用力测试数据，其反作用力曲线即为车架疲劳仿真分析载荷激励谱。车架局部疲劳寿命测试方法完成了载荷激励谱下的车架疲劳寿命分析，避免车架局部出现裂纹等损伤。
Description
技术领域
本发明涉及汽车工程技术领域，尤其涉及一种车架局部疲劳寿命测试方法和测试装置。
背景技术
自卸车车架多为边梁式车架，其作为底盘的基体，承受着各大总成的质量、弯矩及不平路面产生的扭转角，汽车几乎所有的总成零部件均通过支架安装在车架上。对于某些受力不均匀的结构件(如减震器活塞杆)，在路面随机激励下易造成车架的疲劳损伤，如自卸车车架前轴减震器上支架附近纵梁出现横向裂纹故障，进而影响整车的安全性能。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种车架局部疲劳寿命测试方法，该疲劳寿命测试方法根据车辆的实际路况，对改进前后车架纵梁应变进行测试以及结构件应变进行测试，完成了载荷激励谱下的车架疲劳寿命分析，以避免车架局部出现裂纹等损伤。
本发明的另一个目的在于提出一种车架局部疲劳寿命测试装置，该测试装置能够实现车架局部疲劳寿命测试方法的步骤。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种车架局部疲劳寿命测试方法，车架包括支撑梁，所述支撑梁上设有多个结构件，该测试方法包括以下步骤：
S1，对所述支撑梁的裂纹处进行改进措施；
S2，在实际路况下完成改进前、后的所述支撑梁和所述结构件的应变谱采集；
S3，基于改进前、后的所述支撑梁的应变测试数据，由胡克定律推导得出改进前、后的所述车架的应力测试数据，根据改进前、后的所述车架的应力峰值，按疲劳理论S-N曲线进行全寿命分析或者按疲劳理论ε-N曲线进行局部应力应变寿命分析；
S4，通过试验台架标定工作建立所述结构件应变的函数关系，基于所述结构件的作用力测试数据，获得改进前、后结构件的应力测试数据，其反作用力曲线即为车架疲劳仿真分析载荷激励谱。
可选地，车架局部疲劳寿命测试方法还包括S5步骤，将车架疲劳仿真分析载荷激励谱和单位载荷下的静力分析数据输入FEMFAT疲劳分析界面，再输入疲劳特性参数，得到改进前、后的车架疲劳寿命云图。
可选地，在S3步骤中，当改进前、后的所述车架的最大应力峰值低于材料屈服极限的80％时，按疲劳理论S-N曲线进行全寿命分析；当改进前、后的所述车架的最大应力峰值超过或者等于材料屈服极限的80％时，按疲劳理论ε-N曲线进行局部应力应变寿命分析。
可选地，在S5步骤中，所述疲劳特性参数包括材料参数，S-N曲线或ε-N曲线。
可选地，所述应力测试数据的计算公式：
σ＝Eε
其中，ε为应变测试数据，单位是μm/m；E为弹性模量，单位是MPa。
可选地，所述试验台架包括架本体、上夹紧机构和下夹紧机构，所述上夹紧机构设置在所述架本体的上方，所述下夹紧机构设置在所述架本体的下方，所述上夹紧机构和所述下夹紧机构之间放置有所述结构件以夹紧。
可选地，具体的S4步骤包括：
S41，将所述结构件的上吊环连接到所述上夹紧机构上，下吊环连接到所述下夹紧机构上，通过调整夹紧螺杆锁紧所述结构件；
S42，开启所述试验台架的开关，使得所述结构件拉伸至极限状态；
S43，在所述结构件上粘贴应变片，所述应变片与数据采集卡连通，数据采集卡与处理器连通，通过LabVIEW软件将应变数据显示出来；
S44，依次向所述结构件施加2kN、4kN、6kN、8kN的力，分别在所述处理器上检测到所述结构件的四个应变值3.914×10-5，7.527×10-5，1.004×10-4，1.334×10-4。
S45，将力与应变值进行线性拟合，并建立起函数关系，完成标定。
一种车架局部疲劳寿命测试装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的测试模块，所述处理器执行所述测试模块时实现车架局部疲劳寿命测试方法中的步骤。
本发明相对于现有技术的有益效果：根据车行驶的实际路况，完成了改进前后车架支撑梁应变测试，结构件应变测试。在试验台架上完成了对结构件的标定，基于结构件应变测试结果，获得了车架疲劳仿真分析载荷激励谱。该疲劳测试方法准确，为其它同类问题车架的疲劳寿命预测和结构改进提供了借鉴。
附图说明
图1所示为本发明车架局部疲劳寿命测试方法的步骤框图。
图2所示为本发明的试验台架的结构示意图；
图3所示为本发明改进前车架支撑梁四个位置应变测试曲线；
图4所示为本发明改进后车架支撑梁四个位置应变测试曲线；
图5所示为本发明改进前结构件应变测试曲线；
图6所示为本发明改进后结构件应变测试曲线；
图7所示为本发明结构件与应变标定曲线。
图8所示为本发明改进后结构件力测试曲线；
图9所示为本发明改进后结构件力测试曲线；
图10所示为本发明改进前车架疲劳寿命云图；
图11所示为本发明改进后车架疲劳寿命云图。
附图标记：上夹紧机构-1，下夹紧机构-2，架本体-3，夹紧螺杆-4。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面参考图1-图11描述本发明实施例的车架局部疲劳寿命测试方法。
如图1所示，一种车架局部疲劳寿命测试方法，车架包括支撑梁，支撑梁上设有多个结构件，该测试方法包括以下步骤：
S1，对支撑梁的裂纹处进行改进措施；
S2，在实际路况下完成改进前、后的支撑梁和结构件的应变谱采集；
S3，基于改进前、后的支撑梁的应变测试数据，由胡克定律推导得出改进前、后的车架的应力测试数据，根据改进前、后的车架的应力峰值，按疲劳理论S-N曲线进行全寿命分析或者按疲劳理论ε-N曲线进行局部应力应变寿命分析；
S4，通过台架试验标定工作建立结构件应变的函数关系，基于结构件的应变测试数据，获得改进前、后结构件的作用力测试数据，其反作用力即为车架疲劳仿真分析载荷激励谱。
如图1所示，可选地，车架局部疲劳寿命测试方法还包括S5步骤，将车架疲劳仿真分析载荷激励谱和单位载荷下的静力分析数据输入FEMFAT疲劳分析界面，再输入疲劳特性参数，得到改进前、后的车架疲劳寿命云图。
需要说明的是，本发明的的车架局部疲劳载荷激励谱通过减震器活塞杆力的标定获得，不同于以往需要搭建多体动力学模型、进行载荷迭代等繁琐过程，极大地缩短了设计周期，提升了分析效率；本发明借助于FEMFAT软件完成的车架改进前疲劳寿命结果，与车架实际情况进行了对照比较，使得该疲劳测试方法更具有可信性；本发明通过对比改进前后的车架疲劳寿命结果，评估改进效果，为其它同类车架在交变载荷下的局部疲劳损坏问题的结构改进提供了借鉴。
可选地，在S3步骤中，当改进前、后的车架的最大应力峰值低于材料屈服极限的80％时，按疲劳理论S-N曲线进行全寿命分析；当改进前、后的车架的最大应力峰值超过或者等于材料屈服极限的80％时，按疲劳理论ε-N曲线进行局部应力应变寿命分析。
可选地，在S5步骤中，疲劳特性参数包括材料主要参数，S-N曲线或ε-N曲线。
可选地，应力测试数据的计算公式：
σ＝Eε
其中，ε为应变测试数据，单位是μm/m；E为弹性模量，单位是MPa。
可选地，试验台架包括架本体3、上夹紧机构1和下夹紧机构2，上夹紧机构1设置在架本体3的上方，下夹紧机构2设置在架本体3的下方，上夹紧机构1和下夹紧机构2之间放置有结构件以夹紧。
可选地，具体的S4步骤包括：
S41，将结构件的上吊环连接到上夹紧机构1上，下吊环连接到下夹紧机构2上，通过调整夹紧螺杆4锁紧结构件；
S42，开启试验台架的开关，使得结构件拉伸至极限状态；
S43，在结构件上粘贴应变片，应变片与数据采集卡连通，数据采集卡与处理器连通，通过LabVIEW软件将应变数据显示出来；
S44，依次向结构件施加2kN、4kN、6kN、8kN的力，分别在处理器上检测到结构件的四个应变值3.914×10-5，7.527×10-5，1.004×10-4，1.334×10-4。
S45，将力与应变值进行线性拟合，并建立起函数关系，完成标定。
一种车架局部疲劳寿命测试装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现车架局部疲劳寿命测试方法中的步骤。
实施例一：
如图1至图11所示，接下来介绍车架局部疲劳寿命测试方法的具体操作步骤。
第一步，自卸车车辆行驶71192km时，车架减震器支架附近纵梁出现横向裂纹故障。针对此裂纹故障做出改进措施，即在车架纵梁内部增加L型加强板以提升车架局部强度；
第二步，在用户实际行驶路况下，进行改进前、后车架纵梁及减震器活塞杆应变谱采集，行驶里程共计209km，持续时间4.4h。其中在车架纵梁的危险点上布置四个应变传感器，减震器活塞杆上布置一个应变传感器，如图3和图4所示分别为测得的改进前和改进后车架纵梁四个位置的应变测试曲线，如图5和图6所示分别为测得的改进前和改进后减震器活塞杆的应变测试曲线。
第三步，基于改进前、后车架纵梁应变测试数据，由胡克定律推导得出改进前、后车架纵梁的应力测试数据，应力峰值结果如表1所示：
表1改进前后车架纵梁的应力峰值结果
由表1可知，改进前车架纵梁的最大应力峰值为263MPa，改进后车架纵梁的最大应力峰值为158MPa，而车架纵梁的材料屈服强度为500MPa。由改进前后车架最大应力峰值低于材料屈服极限的80％可以做出选择，车架局部疲劳寿命测试方法采用S-N曲线进行全寿命分析。
第四步，如图2所示，在台架试验上进行减震器活塞杆力的标定试验，作动器依次施加2kN、4kN、6kN、8kN的力，分别检测到活塞杆四个应变值3.914×10-5，7.527×10-5，1.004×10-4，1.334×10-4，将施加力与应变值进行线性拟合，得到如图所示的减震器活塞杆力与应变曲线，函数关系如下：
F＝0.606ε
式中，F为减震器活塞杆力，单位为kN；ε为减震器活塞杆应变，单位为μm/m。通过以上的函数关系，基于减震器活塞杆应变测试数据，便可以得到改进前后减震器力测试曲线，而减震器活塞杆反作用力即为车架疲劳仿真分析载荷激励谱。
第五步，将车架疲劳仿真分析载荷激励谱和单位载荷下的静力分析结构连接到FEMFAT疲劳分析界面，并定位好疲劳特性参数，便可得到改进前后车架疲劳寿命云图。从云图可知，改进前损伤严重区域发生在车架纵梁减震器支架下排连接孔附近，与裂纹位置完全相符。改进前裂纹位置最小寿命为4.5×105，根据载荷谱的周期为10s,可计算得最小疲劳寿命时间为1250h，对应行驶里程为72500km，与实际车架发生裂纹的行驶里程71192km基本符合，证明了该疲劳测试方法的正确性。改进后的裂纹位置的最小疲劳寿命大多在1012这个量级，对应的疲劳寿命时间为3.3×109h，最小疲劳寿命提高了8.596×108倍，疲劳寿命显著提升，改进后的车架在用户实际路况累积行驶800000km后没有开裂现象，证明改进方法的有效性。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“相连”、“连接”、“安装”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述属于在本发明中的具体含义。
此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种车架局部疲劳寿命测试方法，车架包括支撑梁，所述支撑梁上设有多个结构件，其特征在于，该测试方法包括以下步骤：
S1，对所述支撑梁的裂纹处进行改进措施；
S2，在实际路况下完成改进前、后的所述支撑梁和所述结构件的应变谱采集；
S3，基于改进前、后的所述支撑梁的应变测试数据，由胡克定律推导得出改进前、后的所述车架的应力测试数据，根据改进前、后的所述车架的应力峰值，按疲劳理论S-N曲线进行全寿命分析或者按疲劳理论ε-N曲线进行局部应力应变寿命分析；
S4，通过试验台架标定工作建立所述结构件的应变的函数关系，基于所述结构件的应变测试数据，获得改进前、后结构件的作用力测试数据，其反作用力曲线即为车架疲劳仿真分析载荷激励谱。
2.如权利要求1所述的车架局部疲劳寿命测试方法，其特征在于，还包括S5步骤，将车架疲劳仿真分析载荷激励谱和单位载荷下的静力分析数据输入FEMFAT疲劳分析界面，再输入疲劳特性参数，得到改进前、后的车架疲劳寿命云图。
3.如权利要求1所述的车架局部疲劳寿命测试方法，其特征在于，在S3步骤中，当改进前、后的所述车架的最大应力峰值低于材料屈服极限的80％时，按疲劳理论S-N曲线进行全寿命分析；当改进前、后的所述车架的最大应力峰值超过或者等于材料屈服极限的80％时，按疲劳理论ε-N曲线进行局部应力应变寿命分析。
4.如权利要求2所述的车架局部疲劳寿命测试方法，其特征在于，在S5步骤中，所述疲劳特性参数包括材料参数，S-N曲线或ε-N曲线。
5.如权利要求1所述的车架局部疲劳寿命测试方法，其特征在于，所述应力测试数据的计算公式：
σ＝Eε
其中，σ为应力，ε为应变测试数据，单位是μm/m；E为弹性模量，单位是MPa。
6.如权利要求1所述的车架局部疲劳寿命测试方法，其特征在于，所述试验台架包括架本体、上夹紧机构和下夹紧机构，所述上夹紧机构设置在所述架本体的上方，所述下夹紧机构设置在所述架本体的下方，所述上夹紧机构和所述下夹紧机构之间放置有所述结构件以夹紧。
7.如权利要求6所述的车架局部疲劳寿命测试方法，其特征在于，具体的S4步骤包括：
S41，将所述结构件的上吊环连接到所述上夹紧机构上，下吊环连接到所述下夹紧机构上，通过调整夹紧螺杆锁紧所述结构件；
S42，开启所述试验台架的开关，使得所述结构件拉伸至极限状态；
S43，在所述结构件上粘贴应变片，所述应变片与数据采集卡连通，数据采集卡与处理器连通，通过LabVIEW软件将应变数据显示出来；
S44，依次向所述结构件施加2kN、4kN、6kN、8kN的力，分别在所述处理器上检测到所述结构件的四个应变值3.914×10-5，7.527×10-5，1.004×10-4，1.334×10-4。
S45，将力与应变值进行线性拟合，并建立起函数关系，完成标定。
8.一种车架局部疲劳寿命测试装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的测试模块，所述处理器执行所述测试模块时实现如权利要求1-7任一项所述的车架局部疲劳寿命测试方法中的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210608 |