CN113702062B - 基于实际构件的疲劳特性测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实际构件的疲劳特性测试方法及系统，基于实际构件去获取实际构件的FN曲线，通过将边界影响因素固化来弱化具体的边界影响因素，如此可规避内部的边界影响因素及外部的边界影响因素导入不足、SN曲线及EN曲线与构件疲劳关系不清等情况，只需求载荷与寿命的关系，基于此FN曲线预估构件在实际道路载荷中出现失效的周期，能够较为精确的获取正常边界载荷下构件的疲劳水平，提升对构件疲劳的预测水平，为项目开发提供快速有效的预估数据支撑。

Description

基于实际构件的疲劳特性测试方法及系统

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及基于实际构件的疲劳特性测试方法及系统。

背景技术

目前，车辆的疲劳失效发生率约10％，其破坏的水平足可以形成重大安全财产损失。某新能源品牌出现的断轴事故调研表明，在重要的承载件出现疲劳时，人为主观干预及被动安全所能提供帮助是有限的，这是由于一但主要的承载构件发生疲劳失效所附带的连环效应将导致车毁人亡，因此常规开发中构件往往是过度设计的，随着行业设计水平的提升，越来越多的企业开始寻求全寿命设计，以求达到成本与安全的完美匹配，但碍于模型、边界的不确定，仿真预估往往不太能够全面放开，进而无法精确预估在获取正常边界载荷下构件的疲劳水平。

发明内容

本发明提供了基于实际构件的疲劳特性测试方法及系统，以解决或者部分解决碍于模型、边界的不确定，仿真预估往往不太能够全面放开，进而无法精确预估在获取正常边界载荷下构件的疲劳水平的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于实际构件的疲劳特性测试方法，所述方法包括：

根据实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据；

根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命；

基于所述载荷边界数据和测试得到的疲劳寿命，得到初始疲劳特性FN曲线；

从所述初始FN曲线上随机确定校核载荷施加在实际构件上进行实际构件测试，得到实际疲劳寿命；

利用所述实际疲劳寿命对所述初始FN曲线进行校正，得到目标FN曲线；所述目标FN曲线用于疲劳寿命预估。

优选的，所述根据实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据，具体包括：

对所述实际构件的道路载荷谱进行分析，获得载荷相关参数，所述载荷相关参数包括：最大载荷的载荷幅值和载荷均值；

选用Goodman曲线或Gerbe曲线对所述载荷相关参数进行修订，得到对称的载荷边界数据。

优选的，所述根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试之前，所述方法还包括：

确定根据所述载荷边界数据的载荷边界及传递路径设定所述系统测试方式及载荷输入方式。

优选的，所述根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命之前，所述方法还包括：

按照所述载荷输入方式将所述载荷边界数据输入设定的系统中。

本发明公开了一种疲劳寿命预估方法，其特征在于，所述方法包括：将待评估零部件的道路载荷谱导入如上述的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法得到的目标FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估。

优选的，所述将待评估零部件的道路载荷谱导入所述目标FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估，具体包括：

将待评估零部件的道路载荷谱导入所述目标FN曲线，得到对应的疲劳寿命；

利用所述待评估零部件的道路载荷谱对应的疲劳寿命进行损伤累积，得到所述损伤的量比预估所述待评估零部件是否会出现损坏及损坏出现的里程和时间。

优选的，所述利用所述待评估零部件的道路载荷谱对应的疲劳寿命进行损伤累积，具体包括：

利用公式进行损伤累积，其中，D表示损伤率，N_i表示第i种载荷对应的疲劳寿命，n为载荷种数。

本发明公开了一种基于实际构件的疲劳特性测试系统，所述系统包括：

确定模块，用于根据实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据；

第一测试模块，用于根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命；

绘制模块，用于基于所述载荷边界数据和测试得到的疲劳寿命，得到初始疲劳特性FN曲线；

第二测试模块，用于从所述初始FN曲线上随机确定校核载荷施加在实际构件上进行实际构件测试，得到实际疲劳寿命；

校正模块，用于利用所述实际疲劳寿命对所述初始FN曲线进行校正，得到目标FN曲线；所述目标FN曲线用于疲劳寿命预估。

本发明公开了一种疲劳寿命预估系统，包括：预估模块，用于将待评估零部件的道路载荷谱导入如上述的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法得到的目标FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估。

本发明公开了一种计算机设备，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，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明公开了一种基于实际构件的疲劳特性测试方法及系统，基于实际构件去获取实际构件的FN曲线，通过将边界影响因素固化来弱化具体的边界影响因素，如此可规避内部的边界影响因素及外部的边界影响因素导入不足、SN曲线及EN曲线与构件疲劳关系不清等情况，只需求载荷与寿命的关系，基于此FN曲线预估构件在实际道路载荷中出现失效的周期，能够较为精确的获取正常边界载荷下构件的疲劳水平，提升对构件疲劳的预测水平，为项目开发提供快速有效的预估数据支撑。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的边界影响因素示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法流程图；

图3示出了根据本发明一个实施例的FN曲线示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的一种基于实际构件的疲劳特性测试系统示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

构件疲劳寿命：在循环加载情况下，构件产生疲劳破坏所需的应力或应变的循环数。

FN曲线：将构建的疲劳模型简化状态，弱化各因素单纯影响，强化整体性后所获得的单一疲劳寿命的指数分布函数曲线。

目前，在仿真过程中，影响构件疲劳的边界影响因素非常多，参看图1。由于任何一个边界影响因素都可以对构件的疲劳寿命产生影响，进而导致SN(应力-寿命，也即循环次数)曲线、EN(剩余强度-寿命，也即循环次数)疲劳损伤曲线与构件疲劳的关系不清，无法精确预估在获取正常边界载荷下构件的疲劳水平。

故针对上述情况，本发明实施例公开了基于实际构件的疲劳特性测试方法及系统，该方法基于实际构件去获取实际构件的FN曲线，通过将边界影响因素固化来弱化具体的边界影响因素，如此可规避内部的边界影响因素及外部的边界影响因素导入不足、SN曲线及EN曲线与构件疲劳关系不清等情况，只需求载荷与寿命的关系，基于此FN曲线预估构件在实际道路载荷中出现失效的周期，能够较为精确的获取正常边界载荷下构件的疲劳水平，提升对构件疲劳的预测水平，为项目开发提供快速有效的预估数据支撑。

下面请参看图2，本发明实施例公开的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法，包括如下步骤：

步骤201，根据实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据。

在此之前，首先确定用于测试的实际构件，其后基于实际构件收集其对应的道路载荷谱。实际构件为实体车辆中的实际零部件，例如稳定杆。本实施例由于采用了实际构件，故该实际构件的边界影响因素已经固化，例如得到实际构件之后，通过采集大数据进行统计分析得到该实际构件的道路载荷谱。例如，采集北京、上海等地的相关大数据进行载荷统计，得到稳定杆在实际车辆中的道路载荷谱。

而在确定载荷边界数据的过程中，对所述实际构件的道路载荷谱进行分析，获得载荷相关参数。所述载荷相关参数包括：最大载荷的载荷幅值和载荷均值。例如，从实际构件的道路载荷谱中抽取最大载荷的载荷幅值(最大值、最小值)，均值。选用Goodman曲线或Gerbe曲线对所述载荷相关参数进行修订，得到对称的载荷边界数据。具体来说，由于均值会对疲劳寿命的精度产生影响，则以“将均值调整到0”为修正条件使用Goodman曲线进行修正，进而得到对称的载荷边界数据。

步骤202，根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命。

在此之前，由于测试方式在数理统计中有一套要求，例如系统测试方式、系统安装方式、载荷输入方式等等都有规定。故，需要先确定设定的系统的传递关系(也即传递函数)，当确定设定的系统之后，确定根据所述载荷边界数据的载荷边界及传递路径设定所述系统测试方式及载荷输入方式。

进一步的，按照所述载荷输入方式将所述载荷边界数据输入设定的系统中进行测试，得到对应的疲劳寿命。

具体来说，本实施例的设定的系统是简化后的线性系统。也即：不管原来的系统是并联、串联或者串并连关系，均把系统设定为线性系统，同时对应影响疲劳的所有因素均不考虑具体的因子，将影响因素视和传递关系都视为该线性系统内部本身的系统特性。这样做的好处是，可以将原本由多个边界影响因素影响，输入任何一个变量都会影响结果的复杂系统简化成一个只考虑单一输入输出的线性系统，故在输入载荷边界数据之后，系统进行响应，输出对应的疲劳寿命。

步骤203，基于所述载荷边界数据和测试得到的疲劳寿命，得到初始疲劳特性FN曲线。

当得到载荷边界数据对应的疲劳寿命。则可以基于这两个参数绘制初始FN曲线，初始FN曲线表征实际构件特性，具体表征实际构件上载荷边界数据和疲劳寿命的相互关系。

在具体的实施过程中，获取载荷边界后进行测试并将所有测试的数据做统计分析，一般在样本n≥3，测点≥4的条件对数据进行分布统计才有意义，如图3所示。

进一步的，可以根据情况在不把握低周与高周的分界点及疲劳极限的条件下进行绘制，同时根据实际情况选用幂函数、指数函数或者三参数函数的一种进行表达。

步骤204，从所述初始FN曲线上随机确定校核载荷施加在实际构件上进行实际构件测试，得到实际疲劳寿命。

具体来说，由于初始FN曲线是测试得到，故需要利用实际构件测试的结果对其进行校正，只有通过实际构件测试校正之后才能投入实际应用。

而在实际构件测试的过程中，首先从初始FN曲线上随机确定校核载荷，校核载荷的数量不定，可以选用单载荷，也可以选用多载荷。例如选用图3中的纵坐标上的257，或者578，或者369(图中未示出)施加在实际构件中，进而得到实际疲劳寿命。

步骤205，利用所述实际疲劳寿命对所述初始FN曲线进行校正，得到目标FN曲线。

具体来说，进一步的，若实际疲劳寿命和测试得到的疲劳寿命的误差在预设误差范围内，例如0.5，则表示测试得到的疲劳寿命是准确的，不用修正。而若需要修正，基于同一个载荷，利用实际疲劳寿命的具体点值替代初始FN曲线中的对应的测试得到的疲劳寿命的具体点值，以对初始FN曲线进行修正，修正后得到目标FN曲线，用于疲劳寿命预估。

可见，在本发明实施例中，通过弱化对疲劳的各边界影响因素，强化系统性影响，简化了疲劳的复杂度，提升了可量化的效率。另外，通过使用实际的构件进行测试，规避了仿真建模不准确的因素。而通过FN曲线的获取，可准确得到载荷与构件的疲劳关系，进而得到预估模型并对实际用户载荷进行预估。进一步的，通过FN曲线预估数据的积累，可对不同平台同结构的构件进行预估。

基于相同的发明构思，在根据上述实施例的基于实际构件的疲劳特性测试方法得到的目标FN曲线的基础上，本发明实施例公开了一种疲劳寿命预估方法，该方法包括：将待评估零部件的道路载荷谱导入如上述一个或者多个实施例描述的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法得到的目标FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估。

在具体的预估过程中，将待评估零部件的道路载荷谱导入所述目标FN曲线，得到对应的疲劳寿命。利用所述待评估零部件的道路载荷谱对应的疲劳寿命进行损伤累积，得到所述损伤的量比预估所述待评估零部件是否会出现损坏及损坏出现的里程和时间。而在进行损伤累计的过程中，利用公式进行损伤累积，其中，D表示损伤率，N_i表示第i种载荷对应的疲劳寿命，n为载荷种数。

通过上述累计损伤确定D的数值，若D＜1则待评估零部件不会断，未到损伤极点。若D≥1则待评估零部件的寿命到达终点。

基于上述损伤累积的方式，能确定出待评估零部件的损坏出现的里程和时间，则可据此判断该车辆是否能够到达目的地。例如，若某车辆的零部件在80000公里损坏，假设该车辆已经跑了7.96万公里，若该趟行程为从成都去苏州的行程，大约1800公里，该零部件在该趟行程中会损坏，该趟行程不能完成。

基于相同的发明构思，下面的实施例公开了一种基于实际构件的疲劳特性测试系统，参看图4，该系统包括：

确定模块，用于根据实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据；

第一测试模块401，用于根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命；

绘制模块402，用于基于所述载荷边界数据和测试得到的疲劳寿命，得到初始疲劳特性FN曲线；

第二测试模块403，用于从所述初始FN曲线上随机确定校核载荷施加在实际构件上进行实际构件测试，得到实际疲劳寿命；

校正模块404，用于利用所述实际疲劳寿命对所述初始FN曲线进行校正，得到目标FN曲线。所述目标FN曲线用于疲劳寿命预估。

基于相同的发明构思，下面的实施例公开了一种疲劳寿命预估系统，包括：预估模块，用于将待评估零部件的道路载荷谱导入如上述任意一个实施例描述的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法得到的目标FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估。

基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机设备，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，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的网关、代理服务器、系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种基于实际构件的疲劳特性测试方法，其特征在于，所述方法包括：

确定用于测试的实际构件，基于所述实际构件收集对应的道路载荷谱；其中，所述实际构件为实体车辆中的实际零部件；

根据所述实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据，具体包括：对所述实际构件的道路载荷谱进行分析，获得载荷相关参数，所述载荷相关参数包括：最大载荷的载荷幅值和载荷均值；以将均值调整到0为修正条件对所述载荷相关参数进行修订，得到对称的载荷边界数据；所述实际构件的边界影响因素已经固化；

根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命；

基于所述载荷边界数据和测试得到的疲劳寿命，得到初始疲劳特性FN曲线；疲劳特性FN曲线为：在所述实际构件的边界影响因素已经固化的基础上，用于表征实际构件上载荷边界数据和疲劳寿命的相互关系的曲线；

从所述初始疲劳特性FN曲线上随机确定校核载荷施加在实际构件上进行实际构件测试，得到实际疲劳寿命；

利用所述实际疲劳寿命对所述初始疲劳特性FN曲线进行校正，得到目标疲劳特性FN曲线；所述目标疲劳特性FN曲线用于疲劳寿命预估。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据，具体包括：

以将均值调整到0为修正条件，选用Goodman曲线或Gerbe曲线对所述载荷相关参数进行修订，得到对称的载荷边界数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试之前，所述方法还包括：

确定根据所述载荷边界数据的载荷边界及传递路径设定所述系统测试方式及载荷输入方式。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命之前，所述方法还包括：

按照所述载荷输入方式将所述载荷边界数据输入设定的系统中。

5.一种疲劳寿命预估方法，其特征在于，所述方法包括：将待评估零部件的道路载荷谱导入如上述权利要求1-4任一权项所述的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法得到的目标疲劳特性FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将待评估零部件的道路载荷谱导入所述目标疲劳特性FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估，具体包括：

将待评估零部件的道路载荷谱导入所述目标疲劳特性FN曲线，得到对应的疲劳寿命；

利用所述待评估零部件的道路载荷谱对应的疲劳寿命进行损伤累积，得到所述损伤的量比预估所述待评估零部件是否会出现损坏及损坏出现的里程和时间。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用所述待评估零部件的道路载荷谱对应的疲劳寿命进行损伤累积，具体包括：

利用公式进行损伤累积，其中，/>表示损伤率，/>表示第i种载荷对应的疲劳寿命，n为载荷种数。

8.一种基于实际构件的疲劳特性测试系统，其特征在于，所述系统包括：

确定模块，用于确定用于测试的实际构件，基于所述实际构件收集对应的道路载荷谱；其中，所述实际构件为实体车辆中的实际零部件；根据所述实际构件的道路载荷谱确定载荷边界数据，具体包括：对所述实际构件的道路载荷谱进行分析，获得载荷相关参数，所述载荷相关参数包括：最大载荷的载荷幅值和载荷均值；以将均值调整到0为修正条件对所述载荷相关参数进行修订，得到对称的载荷边界数据；所述实际构件的边界影响因素已经固化；

第一测试模块，用于根据设定的系统测试方式对所述载荷边界数据进行测试，得到对应的疲劳寿命；

绘制模块，用于基于所述载荷边界数据和测试得到的疲劳寿命，得到初始疲劳特性FN曲线；

第二测试模块，用于从所述初始疲劳特性FN曲线上随机确定校核载荷施加在实际构件上进行实际构件测试，得到实际疲劳寿命；其中，疲劳特性FN曲线为：在所述实际构件的边界影响因素已经固化的基础上，用于表征实际构件上载荷边界数据和疲劳寿命的相互关系的曲线；

校正模块，用于利用所述实际疲劳寿命对所述初始疲劳特性FN曲线进行校正，得到目标疲劳特性FN曲线；所述目标疲劳特性FN曲线用于疲劳寿命预估。

9.一种疲劳寿命预估系统，其特征在于，包括：预估模块，用于将待评估零部件的道路载荷谱导入如上述权利要求1-4任一权项所述的一种基于实际构件的疲劳特性测试方法得到的目标疲劳特性FN曲线并进行损伤累积，通过损伤的量比进行疲劳寿命预估。

10.一种计算机设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。