CN113970436B - 一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法 - Google Patents
一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113970436B CN113970436B CN202111337661.XA CN202111337661A CN113970436B CN 113970436 B CN113970436 B CN 113970436B CN 202111337661 A CN202111337661 A CN 202111337661A CN 113970436 B CN113970436 B CN 113970436B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- road
- cantilever bracket
- fatigue
- cantilever
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 17
- 239000010438 granite Substances 0.000 claims description 12
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 8
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 8
- 241000510097 Megalonaias nervosa Species 0.000 claims description 4
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 12
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150073669 NCAN gene Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明提供了一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术无法精准评估燃料电池悬臂支架的疲劳性能的问题。该方法包括将悬臂支架的外端部施加向下的固定力，采集弯曲应变，确定单位弯曲应变对应的力；分别采集不同路况下悬臂支架的弯曲应变，根据弯曲应变确定综合路况对应的等效载荷；将综合路况对应的等效载荷作为初始载荷，每隔固定时间增加等载荷，对所述悬臂支架进行步进应力加速寿命试验，直到悬臂支架发生断裂，将断裂时的载荷作为悬臂支架的疲劳等效载荷；根据上述疲劳等效载荷与综合路况对应的等效载荷，获得表征悬臂支架疲劳性能的安全系数。可为悬臂支架的设计和验证提供参考依据。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法。
背景技术
燃料电池是一种利用氢气与氧气发生电化学反应获得电能的装置，具有发电效率高、环境污染小、比能高、噪音低等优点，在新能源领域受到广泛的关注，且在汽车领域具有良好的应用前景。
燃料电池系统的子系统和零部件均通过支架安装在系统内部，由于空间限制，部分支架采用悬臂结构，如果悬臂长度较长，会沿z向产生很大的弯矩，在车辆道路的长期载荷作用下，发生疲劳断裂。
现有技术尚未有针对燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，而悬置支架的抗疲劳性能对于燃料电池的使用安全性非常重要。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，用以解决现有技术无法精准评估燃料电池悬臂支架的疲劳性能的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，包括如下步骤：
将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并施加向下的固定力，采集悬臂支架的弯曲应变，确定单位弯曲应变对应的力；
分别采集不同路况下所述悬臂支架的弯曲应变，根据所述弯曲应变结合上述单位弯曲应变对应的力，确定综合路况对应的等效载荷；
将所述综合路况对应的等效载荷作为初始载荷，每隔固定时间增加等载荷，对所述悬臂支架进行步进应力加速寿命试验，直到悬臂支架发生断裂，将断裂时的载荷作为所述悬臂支架的疲劳等效载荷；
根据上述疲劳等效载荷与综合路况对应的等效载荷，获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数。
上述技术方案的有益效果如下：提供了一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，也是燃料电池悬臂支架的疲劳加速试验方法，为燃料电池悬臂支架的设计和验证提供参考依据。通过步进应力加速寿命试验，大大缩短了疲劳试验的测试时间，同时节省了成本。
基于上述方法的进一步改进，所述将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并施加向下的固定力，采集悬臂支架的弯曲应变的步骤，进一步包括：
将燃料电池通过安装位置固定；
固定完成后，将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并布设上下对称的两个单向应变片于外端部；
布设完成后，在燃料电池悬臂支架的外端部施加固定质量的砝码，使得生成向下的固定力；
施力完成后，分别采集上述两个单向应变片的应变ε 上、ε 下；
通过下面公式确定悬臂支架的弯曲应变ε 砝码
ε 砝码=（ε 上-ε 下）/2。
上述进一步改进方案的有益效果是：对悬臂支架的弯曲应变获取方法进行了限定，通过上述两个单向应变片获得的应变作差，能够提高数据的可靠性以及抗干扰性。
进一步，通过如下步骤确定单位弯曲应变对应的力：
根据砝码的质量m，通过下面公式确定所述向下的固定力F 固定力
F 固定力=mg
根据上述向下的固定力F 固定力，结合弯曲应变ε 砝码，通过下面公式确定单位弯曲应变对应的力f 单位应变
f 单位应变=F 固定力/ε 砝码
式中，g为引力系数。
上述进一步改进方案的有益效果是：对单位弯曲应变对应的力的获取方法进行了限定。相比较使用直接获得的弯曲应变，采用单位弯曲应变对应的力可以更灵敏地表征悬臂支架的疲劳性能。
进一步，所述分别采集不同路况下所述悬臂支架的弯曲应变的步骤，进一步包括：
确定每一不同路况下的平均车速；
将燃料电池通过安装位置固定在整车上，并在燃料电池悬臂支架的外端部布设上下对称的两个单向应变片，以及施加质量m的砝码；
在每一路况下以对应平均车速行驶，采集上述两个单向应变片的应变ε ^ 上、ε ^ 下，通过下面公式确定该路况下悬臂支架的弯曲应变ε ^ 路谱
ε ^ 路谱=（ε ^ 上-ε ^ 下）/2
根据上述路况下悬臂支架的弯曲应变ε ^ 路谱，结合单位弯曲应变对应的力f 单位应变，确定该路况下悬臂支架的弯曲应变F 某路况
F 某路况=f 单位应变 ε ^ 路谱
上述进一步改进方案的有益效果是：对不同路况下悬臂支架的弯曲应变的获取方法进行了限定。使得悬臂支架的疲劳试验更贴合实际使用的大多数车辆行程过程。
进一步，所述路况至少包括比利时路、不规则混凝土、不规则损坏石块路、横向花岗岩石路、纵向花岗岩路、横向标线减速带、拱形减速带、拱形花岗岩石块、井盖路、坑洼路、卵石路、搓板路、沥青制动路、铁轨路、斜坡路中的一种。
上述进一步改进方案的有益效果是：对路况的种类进行了限定，涵盖了整车行驶的多数路面种类，使得疲劳试验更加精准。
进一步，通过下面公式确定综合路况对应的等效载荷F equ
F equ=（F 路况1 N 1+F 路况2 N 2+……+F 路况n N n ）/N
N=N 1+N 2+……+N n
式中，F 路况n 为第n种路况下的载荷力，N n 为第n种路况下的循环次数，N为总循环次数。
上述进一步改进方案的有益效果是：对综合路况对应的等效载荷的获取方法进行了限定。将所述等效载荷作为后续疲劳试验的初始载荷，有效减少了疲劳试验的次数。
进一步，所述将所述综合路况对应的等效载荷作为初始载荷，每隔固定时间增加等载荷，对所述悬臂支架进行步进应力加速寿命试验，直到悬臂支架发生断裂，将断裂时的载荷作为所述悬臂支架的疲劳等效载荷的步骤，包括：
将综合路况对应的等效载荷F equ作为仿真的初始载荷，并每隔固定时间增加相等的载荷，通过CAE软件确定悬臂支架发生疲劳极限对应的载荷F test；
将燃料电池通过安装位置固定；
固定完成后，在所述悬臂支架上施加初始载荷，该初始载荷设置为幅值为F test、振动频率为10~20Hz的正弦力形式，然后每隔固定时间按照的固定幅值比例增加载荷继续试验，直至悬臂支架发生疲劳断裂；所述固定幅值比例介于1.1~1.9的范围；
将多次试验获得的断裂时载荷的平均值作为疲劳等效载荷F 疲劳。
上述进一步改进方案的有益效果是：对悬臂支架发生疲劳断裂的等效载荷的获取方法进行了限定。上述试验由于将综合路况对应的等效载荷作为疲劳试验的初始载荷，有效减少了疲劳试验的次数。并且，采用正弦力的形式能够有效模拟车辆行驶过程中发生的振动现象，使得获得的F 疲劳贴合实际。
进一步，所述根据上述疲劳等效载荷与综合路况对应的等效载荷，获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数的步骤，包括：
通过下面公式获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数
C=F 疲劳/F equ
式中，F 疲劳为疲劳等效载荷，F equ为综合路况对应的等效载荷。
上述进一步改进方案的有益效果是：对表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数的获取方法进行了限定。通过该系数，可以精准判断燃料电池悬臂支架疲劳性能，并且数值越大越好。
进一步，该疲劳性能测试方法还包括如下步骤：
将安全系数C与预设值进行比较，如果安全系数C大于预设值，输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果，否则，输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果；
在输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果后，进一步确定安全系数与预设值的差值，根据所述差值与预设值的比值，确定所述悬臂支架的疲劳性能优异程度。
上述进一步改进方案的有益效果是：对安全系数C的使用方法进行了限定，除了获得悬臂支架疲劳强度是否满足安全性要求的测试结果外，还可以获得悬臂支架的疲劳性能优异程度。
进一步，所述预设值为1.7。
上述进一步改进方案的有益效果是：上述预设值是发明人经过大量试验总结出的标准值，直接使用可以缩短设计时间和成本，有利于提高用户体验。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了实施例1燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法的步骤示意图；
图2示出了实施例1燃料电池悬臂支架连接示意图；
图3示出了实施例2燃料电池悬臂支架应变标定示意图；
图4示出了实施例2燃料电池悬臂支架疲劳试验加载示意图。
附图标记：
x向，y向，z向- 工件坐标系下的x轴方向，y轴方向，z轴方向。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，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使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本发明的一个实施例，公开了一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1. 将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并施加向下的固定力，采集悬臂支架的弯曲应变，确定单位弯曲应变对应的力；
S2. 分别采集不同路况下所述悬臂支架的弯曲应变，根据所述弯曲应变结合上述单位弯曲应变对应的力，确定综合路况对应的等效载荷；
S3. 将所述综合路况对应的等效载荷作为初始载荷，每隔固定时间增加等载荷，对所述悬臂支架进行步进应力加速寿命试验，直到悬臂支架发生断裂，将断裂时的载荷作为所述悬臂支架的疲劳等效载荷；
S4. 根据上述疲劳等效载荷与综合路况对应的等效载荷，获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数。
实施时，燃料电池系统及悬置支架如图2所示，将燃料电池系统通过固定安装位置进行固定，在悬臂支架上安装砝码后，悬臂支架产生弯曲应变，该应变与载荷的大小有关，在得出单位弯曲应变对应的力后，进行不同路况的载荷试验，进而确定综合路况对应的等效载荷，将综合路况对应的等效载荷作为初始载荷进行步进应力加速寿命试验，直到确定疲劳等效载荷，进而获得燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数。
与现有技术相比，本实施例提供了一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，也是燃料电池悬臂支架的疲劳加速试验方法，为燃料电池悬臂支架的设计和验证提供参考依据。通过步进应力加速寿命试验，大大缩短了疲劳试验的测试时间，同时节省了成本。
实施例2
在实施例1的基础上进行优化，步骤S1中进一步通过如下步骤获得悬臂支架的弯曲应变：
S11. 将燃料电池通过安装位置固定；
S12. 固定完成后，将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并布设上下对称的两个单向应变片于外端部；
S13. 布设完成后，在燃料电池悬臂支架的外端部施加固定质量的砝码，使得生成向下的固定力；
S14. 施力完成后，分别采集上述两个单向应变片的应变ε 上、ε 下；
S15. 通过下面公式确定悬臂支架的弯曲应变ε 砝码
ε 砝码=（ε 上-ε 下）/2 （1）
在悬臂支架外端部（根部）粘贴两个上下对称的单向应变片，单向应变片方向为x向，测出的应变既包含支架沿z向弯曲产生的应变，又包含支架沿x向拉伸和压缩产生的应变。通过差分，可消除x向的应变。
优选地，步骤S1中通过如下步骤确定单位弯曲应变对应的力：
S16. 根据砝码的质量m，通过下面公式确定所述向下的固定力F 固定力
F 固定力=mg （2）
S17. 根据上述向下的固定力F 固定力，结合弯曲应变ε 砝码，通过下面公式确定单位弯曲应变对应的力f 单位应变
f 单位应变=F 固定力/ε 砝码 （3）
式中，g为引力系数，也称重力加速度。
测试过程如图3所示。
优选地，步骤S2中进一步通过如下步骤分别采集不同路况下所述悬臂支架的弯曲应变（也称耐久路测试）：
S21. 确定每一不同路况下的平均车速；
S22. 将燃料电池通过安装位置固定在整车上，并在燃料电池悬臂支架的外端部布设上下对称的两个单向应变片，以及施加质量m的砝码；
S23. 在每一路况下以对应平均车速行驶，采集上述两个单向应变片的应变ε ^ 上、ε ^ 下，通过下面公式确定该路况下悬臂支架的弯曲应变ε ^ 路谱
ε ^ 路谱=（ε ^ 上-ε ^ 下）/2 （4）
S24. 根据上述路况下悬臂支架的弯曲应变ε ^ 砝码，结合单位弯曲应变对应的力f 单位应变，确定该路况下悬臂支架的弯曲应变F 某路况
F 某路况=f 单位应变 ε ^ 路谱 （5）
优选地，步骤S21中，所述路况至少包括比利时路、不规则混凝土、不规则损坏石块路、横向花岗岩石路、纵向花岗岩路、横向标线减速带、拱形减速带、拱形花岗岩石块、井盖路、坑洼路、卵石路、搓板路、沥青制动路、铁轨路、斜坡路中的一种。
在整车条件下基于耐久试验场采集悬臂支架应变数据，某重型车的平均车速如表1所示。采用GPS监控车辆车速，为检查数据一致性，数据需要重复采集3~5次。
表1 某重型车的平均车速
| 序号 | 路名 | 平均车速/(km/h) |
| 1 | 比利时路 | 35 |
| 2 | 不规则混凝土 | 35 |
| 3 | 不规则损坏石块路 | 50 |
| 4 | 拱形减速带 | 10 |
| 5 | 井盖路 | 30 |
| 6 | 坑洼路 | 30 |
| 7 | 振动Ⅱ | 15 |
| 8 | 卵石路 | 40 |
| 9 | 拱形花岗岩石块 | 50 |
| 10 | 搓板路 | 60 |
| 11 | 沥青制动路 | 50 |
| 12 | 横向标线减速带 | 20 |
| 13 | 纵向花岗岩石块路 | 50 |
| 14 | 横向花岗岩石块路 | 40 |
| 15 | 铁轨路 | 30 |
| 16 | 斜坡路 | 20 |
| 17 | 26寸坑洼路 | 40 |
优选地，对路谱采集的弯曲应变信号应进行预处理。所述预处理包括滤波、去漂移、尖峰检测等。
在道路颠簸载荷下，悬臂支架受到x、y、z三个不同方向的载荷，其中以z向载荷为主，单向应变片测试出的应变ε 上、ε 下中既包含支架沿z向弯曲产生的应变，又包含支架沿x向拉伸和压缩产生的应变，且两个应变片沿x向拉伸和压缩产生的应变相同，为消除x向拉伸和压缩产生的应变，通过公式ε 路谱=（ε 上-ε 下）/2计算路谱弯曲应变ε 路谱，得到支架沿z向弯曲产生的应变，将采集的应变信号统一乘以单位应变对应的力f 单位应变，得到路谱载荷力值信号。
优选地，根据疲劳损伤Miner准则和Basquin方程，步骤S2进一步通过下面公式确定综合路况对应的等效载荷F equ
F equ=（F 路况1 N 1+F 路况2 N 2+……+F 路况n N n ）/N （6）
N=N 1+N 2+……+N n
式中，F 路况n 为第n种路况下的载荷力，N n 为第n种路况下的循环次数，N为总循环次数，示例性地，N可设置为1×106。
优选地，如图4所示，步骤S3进一步通过如下步骤获得悬臂支架的疲劳等效载荷：
S31. 将综合路况对应的等效载荷F equ作为仿真的初始载荷，并每隔固定时间增加相等的载荷，通过CAE软件确定悬臂支架发生疲劳极限对应的载荷F test；
S32. 将燃料电池通过安装位置固定；
S33. 固定完成后，在所述悬臂支架上施加初始载荷，该初始载荷设置为幅值为F test、振动频率为10~20Hz的正弦力形式，然后每隔固定时间按照的固定幅值比例增加载荷继续试验，直至悬臂支架发生疲劳断裂；所述固定幅值比例介于1.1~1.9的范围；
S34. 将多次试验获得的断裂时载荷的平均值作为疲劳等效载荷F 疲劳。
上述步骤S3采用步进应力加速寿命试验的方法，试验时，将一组试验样件共同从一个初始载荷出发，一段时间后将载荷大小提升一定水平继续试验，直到样件发生疲劳断裂后停止。如果初始载荷过大，则样件快速断裂，不满足高周疲劳试验要求；如果初始载荷定义过小，则试验时间过长。
优选地，试验循环次数为20万次，然后按照1.2的比例增加载荷继续试验20万次，即Ftest2=1.2×Ftest1，直至样件发生疲劳断裂。选用5组样件重复试验，得到5组疲劳加速试验数据。取5组等效载荷的平均值作为样件疲劳断裂的最终等效载荷F 疲劳。
优选地，如果单个样件的试验次数＜50万次，则需要适当减小初始载荷，以保证满足高周疲劳试验要求；如果单个样件的试验次数＞100万次，则需要适当增大初始载荷，以减少试验时间。
优选地，步骤S4进一步通过如下步骤获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数：
S41.通过下面公式获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数
C=F 疲劳/F equ （7）
式中，F 疲劳为疲劳等效载荷，F equ为综合路况对应的等效载荷。
优选地，上述燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法还包括如下步骤：
S5. 将安全系数C与预设值进行比较，如果安全系数C大于预设值，输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果，并执行下一步，否则，输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果，并结束程序；
S6. 在输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果后，进一步确定安全系数与预设值的差值，根据所述差值与预设值的比值，确定所述悬臂支架的疲劳性能优异程度。
优选地，步骤S5中，所述预设值为1.7。安全系数越大越安全。
优选地，所述疲劳性能优异程度包括符合安全性要求、较优异、特别有益。其中，所述差值与预设值的比值在0~f 1范围内时，判定悬臂支架的疲劳性能符合安全性要求；所述差值与预设值的比值在f 1~f 2范围内时，判定悬臂支架的疲劳性能较优异；所述差值与预设值的比值大于f 2时，判定悬臂支架的疲劳性能特别优异。
与实施例1相比，本实施例提供的方法通过应变标定的方式，得到路谱采集和加速疲劳试验的真实载荷，为等效载荷的计算提供了准确的数据；通过步进应力加速寿命试验的方法，进行了疲劳加速试验，既能保证试验次数满足高周疲劳的要求，又能保证试验次数不能太多，以缩短试验时间。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (8)
1.一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，包括：
将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并施加向下的固定力，采集悬臂支架的弯曲应变，确定单位弯曲应变对应的力；
分别采集不同路况下所述悬臂支架的弯曲应变，根据所述弯曲应变结合上述单位弯曲应变对应的力，确定综合路况对应的等效载荷；
将所述综合路况对应的等效载荷作为初始载荷，每隔固定时间增加等载荷，对所述悬臂支架进行步进应力加速寿命试验，直到悬臂支架发生断裂，将断裂时的载荷作为所述悬臂支架的疲劳等效载荷；
根据上述疲劳等效载荷与综合路况对应的等效载荷，获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数；并且，
上述分别采集不同路况下所述悬臂支架的弯曲应变的步骤，进一步包括：
确定每一不同路况下的平均车速；
将燃料电池通过安装位置固定在整车上，并在燃料电池悬臂支架的外端部布设上下对称的两个单向应变片，以及施加质量m的砝码；
在每一路况下以对应平均车速行驶，采集上述两个单向应变片的应变ε^ 上、ε^ 下，通过下面公式确定该路况下悬臂支架的弯曲应变ε^ 路谱
ε^ 路谱＝(ε^ 上-ε^ 下)/2
根据上述路况下悬臂支架的弯曲应变ε^ 路谱，结合单位弯曲应变对应的力f单位应变，确定该路况下悬臂支架的弯曲应变F某路况
F某路况＝f单位应变ε^ 路谱；以及，
再通过下面公式确定上述综合路况对应的等效载荷Fequ
Fequ＝(F路况1N1+F路况2N2+……+F路况nNn)/N
N＝N1+N2+……+Nn
式中，F路况n为第n种路况下的载荷力，Nn为第n种路况下的循环次数，N为总循环次数。
2.根据权利要求1所述的燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，所述将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并施加向下的固定力，采集悬臂支架的弯曲应变的步骤，进一步包括：
将燃料电池通过安装位置固定；
固定完成后，将燃料电池悬臂支架的外端部悬空，并布设上下对称的两个单向应变片于外端部；
布设完成后，在燃料电池悬臂支架的外端部施加固定质量的砝码，使得生成向下的固定力；
施力完成后，分别采集上述两个单向应变片的应变ε上、ε下；
通过下面公式确定悬臂支架的弯曲应变ε砝码
ε砝码＝(ε上-ε下)/2。
3.根据权利要求2所述的燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，通过如下步骤确定单位弯曲应变对应的力：
根据砝码的质量m，通过下面公式确定所述向下的固定力F固定力
F固定力＝mg
根据上述向下的固定力F固定力，结合弯曲应变ε砝码，通过下面公式确定单位弯曲应变对应的力f单位应变
f单位应变＝F固定力/ε砝码
式中，g为引力系数。
4.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，所述路况至少包括比利时路、不规则混凝土、不规则损坏石块路、横向花岗岩石路、纵向花岗岩路、横向标线减速带、拱形减速带、拱形花岗岩石块、井盖路、坑洼路、卵石路、搓板路、沥青制动路、铁轨路、斜坡路中的一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，所述将所述综合路况对应的等效载荷作为初始载荷，每隔固定时间增加等载荷，对所述悬臂支架进行步进应力加速寿命试验，直到悬臂支架发生断裂，将断裂时的载荷作为所述悬臂支架的疲劳等效载荷的步骤，进一步包括：
将综合路况对应的等效载荷Fequ作为仿真的初始载荷，并每隔固定时间增加相等的载荷，通过CAE软件确定悬臂支架发生疲劳极限对应的载荷Ftest；
将燃料电池通过安装位置固定；
固定完成后，在所述悬臂支架上施加初始载荷，该初始载荷设置为幅值为Ftest、振动频率为10～20Hz的正弦力形式，然后每隔固定时间按照的固定幅值比例增加载荷继续试验，直至悬臂支架发生疲劳断裂；所述固定幅值比例介于1.1～1.9的范围；
将多次试验获得的断裂时载荷的平均值作为疲劳等效载荷F疲劳。
6.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，所述根据上述疲劳等效载荷与综合路况对应的等效载荷，获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数的步骤，进一步包括：
通过下面公式获得表征燃料电池悬臂支架疲劳性能的安全系数
C＝F疲劳/Fequ
式中，F疲劳为疲劳等效载荷，Fequ为综合路况对应的等效载荷。
7.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，还包括如下步骤：
将安全系数C与预设值进行比较，如果安全系数C大于预设值，输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果，否则，输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果；
在输出悬臂支架疲劳强度满足安全性要求的测试结果后，进一步确定安全系数与预设值的差值，根据所述差值与预设值的比值，确定所述悬臂支架的疲劳性能优异程度。
8.根据权利要求7所述的燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法，其特征在于，所述预设值为1.7。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111337661.XA CN113970436B (zh) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111337661.XA CN113970436B (zh) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113970436A CN113970436A (zh) | 2022-01-25 |
| CN113970436B true CN113970436B (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=79589696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111337661.XA Active CN113970436B (zh) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113970436B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115931275B (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-12 | 中国汽车技术研究中心有限公司 | 燃料电池汽车氢瓶阀体振动耐久性检测方法、设备及介质 |
Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03200045A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-09-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 繰返し疲労試験装置 |
| JP2008170160A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Univ Nagoya | 曲げ疲労検出用試験体並びに曲げ疲労試験方法 |
| CN103645065A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-03-19 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种海上风机基础全时程耦合疲劳分析方法及系统 |
| CN103902820A (zh) * | 2014-03-22 | 2014-07-02 | 淮阴工学院 | 一种组合路况下车辆结构疲劳损伤计算的当量系数法 |
| CN104806238A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 辽宁工程技术大学 | 采煤机截齿力学特性在线测试系统 |
| CN104849039A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-08-19 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 一种汽车变速器悬置试验方法及其系统 |
| CN106874582A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-20 | 吉林大学 | 一种电主轴加速寿命试验时间设计方法 |
| CN107991103A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-05-04 | 开沃新能源汽车集团有限公司 | 一种基于真实路谱的电动汽车电池包结构疲劳寿命预测方法 |
| CN108318356A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-24 | 奥克斯空调股份有限公司 | 空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法 |
| CN109029884A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-18 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种汽车悬臂结构件振动疲劳分析的方法 |
| CN109783850A (zh) * | 2018-12-08 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法 |
| CN110442973A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-12 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 一种车辆关键零部件的耐久度测试方法、系统及存储介质 |
| CN110895195A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-20 | 东风汽车集团有限公司 | 一种前下摆臂台架耐久试验载荷获取方法 |
| CN111597673A (zh) * | 2019-02-21 | 2020-08-28 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种随机振动疲劳的加速试验方法及系统 |
| CN112629877A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-09 | 上汽通用汽车有限公司 | 汽车天窗测试方法和系统 |
| CN112857840A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-28 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法 |
| CN113049265A (zh) * | 2019-12-27 | 2021-06-29 | 上汽通用汽车有限公司 | 整车台架道路模拟试验中制动工况试验装置及其试验方法 |
| CN113092288A (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-09 | 观致汽车有限公司 | 后悬置安装点疲劳试验方法 |
| CN113138005A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-07-20 | 华东理工大学 | 基于特征提取和神经网络的车辆随机载荷模式识别系统 |
| CN113594510A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-02 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种基于云平台的燃料电池系统的故障诊断方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010256351A (ja) * | 2009-04-01 | 2010-11-11 | Nippon Steel Corp | 部材の疲労破壊確率推定装置、部材の疲労破壊確率推定方法、及びコンピュータプログラム |
-
2021
- 2021-11-12 CN CN202111337661.XA patent/CN113970436B/zh active Active
Patent Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03200045A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-09-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 繰返し疲労試験装置 |
| JP2008170160A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Univ Nagoya | 曲げ疲労検出用試験体並びに曲げ疲労試験方法 |
| CN103645065A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-03-19 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种海上风机基础全时程耦合疲劳分析方法及系统 |
| CN103902820A (zh) * | 2014-03-22 | 2014-07-02 | 淮阴工学院 | 一种组合路况下车辆结构疲劳损伤计算的当量系数法 |
| CN104849039A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-08-19 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 一种汽车变速器悬置试验方法及其系统 |
| CN104806238A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 辽宁工程技术大学 | 采煤机截齿力学特性在线测试系统 |
| CN106874582A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-20 | 吉林大学 | 一种电主轴加速寿命试验时间设计方法 |
| CN107991103A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-05-04 | 开沃新能源汽车集团有限公司 | 一种基于真实路谱的电动汽车电池包结构疲劳寿命预测方法 |
| CN108318356A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-24 | 奥克斯空调股份有限公司 | 空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法 |
| CN109029884A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-18 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种汽车悬臂结构件振动疲劳分析的方法 |
| CN109783850A (zh) * | 2018-12-08 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 高加速应力筛选试验的剩余寿命评估与可靠性分析方法 |
| CN111597673A (zh) * | 2019-02-21 | 2020-08-28 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种随机振动疲劳的加速试验方法及系统 |
| CN110442973A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-12 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 一种车辆关键零部件的耐久度测试方法、系统及存储介质 |
| CN113092288A (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-09 | 观致汽车有限公司 | 后悬置安装点疲劳试验方法 |
| CN113049265A (zh) * | 2019-12-27 | 2021-06-29 | 上汽通用汽车有限公司 | 整车台架道路模拟试验中制动工况试验装置及其试验方法 |
| CN110895195A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-20 | 东风汽车集团有限公司 | 一种前下摆臂台架耐久试验载荷获取方法 |
| CN112629877A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-09 | 上汽通用汽车有限公司 | 汽车天窗测试方法和系统 |
| CN112857840A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-28 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 基于等效载荷的构架疲劳损伤评估方法 |
| CN113138005A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-07-20 | 华东理工大学 | 基于特征提取和神经网络的车辆随机载荷模式识别系统 |
| CN113594510A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-02 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种基于云平台的燃料电池系统的故障诊断方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Study on Fatigue Life of Spring Bracket for Air Suspension System;Yuzhuo Men 等;Advanced Materials Research;全文 * |
| The Fatigue Life Analysis of the Battery Bracket;Zhou, Meishi 等;AER-Advances in Engineering Research;全文 * |
| 多轴平衡悬架超定支承问题的等效载荷建模方法;赵慧力 等;山东理工大学学报（自然科学版）;全文 * |
| 电池支架多轴振动疲劳寿命研究;刘非 等;汽车实用技术;全文 * |
| 葛文韬 ; 黄晖 ; 段龙杨 ; 刘洲 ; 邱星 ; 毕朋飞 ; 陈为欢 ; .基于实测道路谱的纯电动轻卡电池包支架动态载荷仿真及疲劳分析.振动与冲击.2020,全文. * |
| 重型卡车焊接类悬臂支架疲劳失效研究;岳冬冬 等;汽车实用技术;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113970436A (zh) | 2022-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109214078B (zh) | 一种转向节疲劳寿命分析方法 | |
| CN104268335A (zh) | 微组装组件振动疲劳寿命预测方法和系统 | |
| CN111829738B (zh) | 一种基于冲击荷载的桥梁承载力轻量化评定方法 | |
| CN113970436B (zh) | 一种燃料电池悬臂支架的疲劳性能测试方法 | |
| CN110470447B (zh) | 一种公路柱式桥墩服役状态快速评估方法 | |
| Griffith et al. | Experimental modal analysis of 9-meter research-sized wind turbine blades | |
| CN112461548B (zh) | 一种轻卡挡泥板支架总成耐久台架试验时间的确定方法 | |
| CN106769456A (zh) | 一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置及方法 | |
| CN110487578A (zh) | 基于支座反力和应变的梁结构损伤识别方法 | |
| CN109211390B (zh) | 输电塔振动及强度安全测试和评估方法 | |
| Zou et al. | Experimental investigation on the dynamic properties of RC structures affected by the reinforcement corrosion | |
| CN112985672B (zh) | 基于非接触空间振动测试的预应力索系索力分析方法 | |
| CN106548009B (zh) | 采空区输电塔动力冲击效应的评估方法及装置 | |
| CN110008520A (zh) | 基于位移响应协方差参数和贝叶斯融合的结构损伤识别方法 | |
| CN110955933B (zh) | 一种基于响应面法的机械结构模糊疲劳可靠度计算方法 | |
| CN106021776A (zh) | 一种飞机结构试验件防弯及测量装置及其测量方法 | |
| CN107063611B (zh) | 支柱类复合材料电气设备抗震评估方法 | |
| RU2301413C1 (ru) | Способ испытаний консольных конструкций на выносливость при динамическом нагружении | |
| CN114139383A (zh) | 一种燃料电池汽车的动态疲劳可靠性风险评估方法 | |
| CN110390173B (zh) | 考虑剩余强度退化的千米深井提升机时变可靠性评估方法 | |
| CN107884292B (zh) | 一种防屈曲支撑构件的余能及余命预测方法及装置 | |
| CN110487580A (zh) | 一种基于支座反力和倾角斜率的梁结构损伤识别方法 | |
| Abdulraheem et al. | Wind Turbine Blade Fault Detection Using Wavelet Power Spectrum and Experimental Modal Analysis | |
| CN112924181A (zh) | 一种车架局部疲劳寿命测试方法和测试装置 | |
| CN110501177A (zh) | 基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |