CN114370995A - 气管疲劳度测试参数获取方法、应用方法及尾气处理系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及气管疲劳度测试参数获取方法、应用方法及尾气处理系统，属于气管疲劳度测试技术领域，气管疲劳度测试参数获取方法，包括如下步骤：提供气管材料；根据气管材料选取多个互不相等的应力值；根据应力值获取与之对应气管材料的疲劳寿命；将各个应力值以及与其对应的疲劳寿命代入测试应力‑疲劳寿命的幂定律公式形成方程组，以确认气管材料的材料常数；将得到的材料常数再代入测试应力‑疲劳寿命的幂定律公式中；根据给定的疲劳寿命、以及测试应力‑疲劳寿命的幂定律公式，获取对应的测试应力；或者，根据给定的测试应力、以及测试应力‑疲劳寿命的幂定律公式，获取疲劳寿命。提高实验的有效性，降低实验的时间和经济成本。

Description

气管疲劳度测试参数获取方法、应用方法及尾气处理系统

技术领域

本申请涉及气管材料疲劳度测试技术领域，特别是涉及气管疲劳度测试参数获取方法、应用方法及尾气处理系统。

背景技术

国家出台第六阶段机动车污染物排放标准后，商用汽车尾气排放后处理产品的进、排气管的截面结构接近圆形结构，汽车开动时，进、排气管出会产生扭动，特别对于大型车，进、出气管扭动幅度更大，因此在尾气排放后处理产品的新产品开发过程中，需要对后处理产品的进气管和排气管分别进行扭转疲劳实验，以检验新产品否满足使用需求，现有试验方法是，以6个样品为例进行说明，并对6个样品依次编号，首先，进行摸底试验，用第1号样件进行摸底试验，阶梯逐步增大扭转载荷值，直到进排气管出现失效；然后，定扭矩试验，计算一个扭转载荷值，对第2、3、4、5、6号样件分别进行扭转试验，直至失效，一次记录相应样件失效时的寿命值(循环次数)，基于设定的扭转载荷值及第2、3、4、5、6号样件相应的寿命(循环次数)，来评估进排气管是否满足设计寿命要求。

但在实际执行时，无论是摸底试验还是定扭矩试验，都会面临如下问题，由于对新产品的各方面性能不了解，不清楚测试应力与疲劳寿命之间的关系，从而无法预估需要施加在、排气管上的扭矩载荷值，如果施加的扭矩载荷值过大，样件在非常短的寿命(小于10^3-10^4循环次数低周疲劳)就会失效，无法进行在高周疲劳范围内寿命的推算；如果施加的扭矩载荷值过小，样件在非常高的寿命(大于10^6循环次数)下仍不失效，由于样件数量5个，需要12天才能结束试验，这会导致试验周期长。且双轴疲劳试验费用较高，无效试验大大地增加了试验的时间和经济成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高效率、并降低成本的气管疲劳度测试参数获取方法。

气管疲劳度测试参数获取方法，包括如下步骤：

提供气管材料；

根据气管材料选取多个互不相等的应力值；

根据应力值获取与之对应气管材料的疲劳寿命；

将各个应力值以及与其对应的疲劳寿命代入测试应力-疲劳寿命的幂定律公式形成方程组，以确认气管材料的材料常数；

将得到的材料常数再代入测试应力-疲劳寿命的幂定律公式中；

根据给定的疲劳寿命、以及测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，获取对应的测试应力；或者，根据给定的测试应力、以及测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，获取疲劳寿命；

其中，测试应力-疲劳寿命的幂定律公式如下：

NS^m＝B

式中，S为测试应力，N为疲劳寿命，m和B为材料常数。

采用本方案的有益效果：

与现有技术相比，本申请中的方法，针对性能不了解的气管新产品，先通过多个应力值及其对应的疲劳寿命，获取测试应力-疲劳寿命的幂定律公式中的材料参数，从而得到新产品的测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，再根据测试应力和疲劳寿命中的一个给定的参数值来预估另一个参数值，进而根据预估的参数值合理地安排扭转疲劳实验。确保新产品既不会因施加的测试应力过大，而在低周疲劳下失效，又不会因施加的测试应力过小，而在高周疲劳下不失效，从而提高试验的有效性，降低试验的时间和经济成本。

在其中一个实施例中，在“根据应力值获取与之对应气管材料的疲劳寿命”步骤中，所述气管材料的疲劳寿命为平均疲劳寿命，从而提高得到的材料常数的精确度，使其更接近于材料的实际性能常数。

在其中一个实施例中，所述平均疲劳寿命的计算方法包括：

在每个应力值下，对气管材料进行多次疲劳度测试，以得到多个疲劳寿命；

根据多个疲劳寿命，获取各个应力值下气管材料的平均疲劳寿命。

在其中一个实施例中，在步骤“在每个应力值下，对气管材料进行多次疲劳度测试，以得到多个疲劳寿命”中：

对气管材料进行四次劳度测试。

测试次数越多，则疲劳度平均值越精确，得到的材料常数越接近材料实际性能常数，但测试次数越多，测试成本越高，测试次数过多，会增加时间和经济成本，造成资源的浪费，将测试次数限定在四次范围内，在合理的成本范围内保证疲劳度平均值的精确性。

在其中一个实施例中，所述平均疲劳寿命包括算术平均疲劳寿命，降低运算难度。

在其中一个实施例中，所述平均疲劳寿命包括几何平均疲劳寿命，降低数值离散度对计算结果的影响。

本发明公开的另一技术方案如下：

气管疲劳度测试参数应用方法，所述应用方法包括：

根据上述任一技术方案中所述的方法获取气管材料的测试应力；

根据测试应力以及测试扭矩-测试应力计算公式，获取疲劳度测试时需要加载在气管上的测试扭矩T；

测试扭矩-测试应力的计算公式如下：

其中，S为测试应力，T为测试扭矩，A为气管沿径向的截面积，t为气管的厚度。

已经成型的气管进行疲劳度测试时，通过控制施加在气管上的测试扭矩来控制测试应力，当气管所需的疲劳寿命为已知时，通过前述方法可以得到所需要的测试应力，进而通过上述测试扭矩-测试应力计算公式预估需要施加在气管上的测试扭矩，提高了测试的有效性，降低试验的时间和经济成本。

本发明公开的另一技术方案如下：

气管疲劳度测试参数应用方法，所述应用方法包括：

根据上述任一技术方案中所述的方法获取气管材料的测试应力；

在疲劳度测试时需要加载在气管上的测试扭矩一定的情况下，根据测试应力以及测试扭矩-测试应力计算公式，获取气管所需的面积和/或厚度；

测试扭矩-测试应力的计算公式如下：

其中，S为测试应力，T为测试扭矩，A为气管沿径向的截面积，t为气管的厚度。

气管新产品开发初期，测试扭矩一定的情况下，可以根据所需的测试应力或所需的疲劳寿命来选择气管的结构方案，并调整其面积和厚度，使其满足使用需求；同时，通过上述方法还可以快速评估选择的方案是否满足使用需求，从而降低设计难度，提升开发效率。

本发明公开的另一技术方案如下：

尾气处理系统，包括气管以及连接管，所述连接管连接于所述气管上；

其中，在对所述气管进行疲劳度测试时，所述测试应力作用在所述连接管上。

在其中一个实施例中，所述连接管的长度为300mm～500mm。

尾气处理系统中的气管的长度一般较短，不利于测试的操作，增加测试难度，影响测试结果，本方案中，通过连接管增长气管的长度，测试时，测试应力作用在连接管上并传递至气管，提升了疲劳度测试的便利性。连接管长度控制在300mm～500mm，更便于测试操作，既保证了测试的顺利进行，又不会因连接管长度太长，而造成资源的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的尾气处理装置结构示意图。

图2为本申请提供的带有连接管的尾气处理装置结构示意图。

图3为本申请提供的排气管结构示意图。

附图标记：尾气处理装置10；进气管11；排气管12；第一连接管20；第二连接管30。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图与具体实施方式对本发明的气管疲劳度测试参数获取方法、应用方法及尾气处理系统作进一步详细描述：

本申请提供一种尾气处理系统，安装于商用车上，用于发动机尾气的后处理，如图1所示，包括尾气处理装置10，尾气处理装置10上设有气管，具体的，尾气处理装置10包括进气口和排气口，气管包括进气管11和排气管12，进气管11和排气管12为圆筒型结构，进气口通过进气管11与发动机的出口连接，排气管12连接在排气口连接，将处理后的尾气排出。但气管的长度一般较短，不利于测试的操作，增加测试难度，影响测试结果。

为了克服上述问题，参考图2，根据本发明的一个实施例，气管上设有连接管，在对气管进行疲劳度测试时，测试应力作用在连接管上。连接管具体包括第一连接管20和第二连接管30，第一连接管20与进气管11固定连接，第二连接管30与排气管12固定连接。

通过连接管增长气管的长度，测试时，测试应力作用在连接管上并传递至气管，提升了疲劳度测试的便利性。

连接管长度优选300mm～500mm，更便于测试操作，既保证了测试的顺利进行，又不会因连接管长度太长，而造成资源的浪费。

本发明还公开了一种气管疲劳度测试参数获取方法，包括如下步骤：

步骤S11，提供气管材料；

步骤S12，根据气管材料选取多个互不相等的应力值；

步骤S13，根据应力值获取与之对应气管材料的疲劳寿命；

步骤S14，将各个应力值以及与其对应的疲劳寿命代入测试应力-疲劳寿命的幂定律公式形成方程组，以确认气管材料的材料常数；

步骤S15，将得到的材料常数再代入测试应力-疲劳寿命的幂定律公式中；

步骤S16，根据给定的疲劳寿命、以及测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，获取对应的测试应力；或者，根据给定的测试应力、以及测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，获取疲劳寿命；

其中，测试应力-疲劳寿命的幂定律公式如下：

NS^m＝B

式中，S为测试应力，N为疲劳寿命，m和B为材料常数。

上述测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，两边取对数，得到如下变形式：

LogN+mLogS＝LogB

采用本方法，针对性能不了解的气管新产品，先通过多个应力值及其对应的疲劳寿命，获取测试应力-疲劳寿命的幂定律公式中的材料参数，从而得到新产品的测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，再根据测试应力和疲劳寿命中的一个给定的参数值来预估另一个参数值，进而根据预估的参数值合理地安排扭转疲劳实验。确保新产品既不会因施加的测试应力过大，而在低周疲劳下失效，又不会因施加的测试应力过小，而在高周疲劳下不失效，提高试验的有效性，降低试验的时间和经济成本。针对不同材质的新产品，只需通过上述的测试和计算得到各种材质相应的材料常数m和B，则此材料常数适用于此材料加工而成的各种型号的气管上，可以根据此材质的测试应力-疲劳寿命的幂定律公式得到测试应力或疲劳寿命。

为了使计算更准确，减少运算偏差，上述方法，在“步骤S13，根据应力值获取与之对应气管材料的疲劳寿命”步骤中，气管材料的疲劳寿命为平均疲劳寿命，从而提高得到的材料常数的精确度，使其更接近于材料的实际性能常数。

平均疲劳寿命的计算方法包括：

步骤S131，在每个应力值下，对气管材料进行多次疲劳度测试，以得到多个疲劳寿命；

步骤S132，根据多个疲劳寿命，获取各个应力值下气管材料的平均疲劳寿命。

测试次数越多，则疲劳度平均值越精确，得到的材料常数越接近材料实际性能常数，但测试次数越多，测试成本越高，测试次数过多，会增加时间和经济成本，造成资源的浪费，本实施例中，将对气管材料进行四次疲劳度测试，从而在合理的成本范围内保证疲劳度平均值的精确性。

上述平均疲劳寿命可以为算术平均疲劳寿命或几何平均疲劳寿命，使用算术平均疲劳寿命可以降低运算难度，提高运算效率，几何平均疲劳寿命则可以降低多次测得的疲劳寿命的数值离散度对计算结果的影响。

本发明还公开了一种气管疲劳度测试参数应用方法，应用方法包括：

步骤S21，根据上述气管疲劳度测试参数获取方法获取气管材料的测试应力；

步骤S22，根据测试应力以及测试扭矩-测试应力计算公式，获取疲劳度测试时需要加载在气管上的测试扭矩T；

测试扭矩-测试应力的计算公式如下：

其中，S为测试应力，如图3所示，T为测试扭矩，A为气管沿径向的截面积，t为气管的厚度。

气管沿径向的截面积A的计算公式如下：

其中，d为气管的平均直径。

已经成型的气管，其气管截面积和气管厚度为定值，从而其测试扭矩与测试应力线性相关，进行疲劳度测试时，可以通过控制施加在气管上的测试扭矩来控制测试应力，当气管所需的疲劳寿命为已知时，通过前述方法可以得到所需要的测试应力，进而通过上述测试扭矩-测试应力计算公式预估需要施加在气管上的测试扭矩，提高了测试的有效性，降低试验的时间和经济成本。

当然，当气管所需的测试应力为已知时，可以根据已经的测试应力通过上述测试扭矩-测试应力，直接得到需要施加在气管上的测试扭。

本发明还公开了另一种气管疲劳度测试参数应用方法，应用方法包括：

步骤S31，根据上述的气管疲劳度测试参数获取方法获取气管材料的测试应力；

步骤S32，在疲劳度测试时需要加载在气管上的测试扭矩一定的情况下，根据测试应力以及测试扭矩-测试应力计算公式，获取气管所需的面积和/或厚度；

测试扭矩-测试应力的计算公式如下：

其中，S为测试应力，如图3所示，T为测试扭矩，A为气管沿径向的截面积，t为气管的厚度。

气管沿径向的截面积A的计算公式如下：

其中，d为气管的平均直径。

气管新产品开发初期，需要设计气管的规格，即需要确定气管的直径和厚度。

采用本实施例中的方法，当测试扭矩一定的情况下，可以根据气管所需的测试应力，通过上述测试扭矩-测试应力的计算公式来选择气管的结构方案，并调整其面积和厚度，使其满足使用需求；同时，通过上述方法还可以快速评估选择的方案是否满足测试应力需求，从而降低设计难度，提升开发效率。

若给定的是气管所需的疲劳寿命，则需要向通过前述的气管疲劳度测试参数获取方法获取所需的测试应力后，再通过测试扭矩-测试应力的计算公式来选择气管的结构方案。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.气管疲劳度测试参数获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供气管材料；

根据气管材料选取多个互不相等的应力值；

根据应力值获取与之对应气管材料的疲劳寿命；

将各个应力值以及与对应的疲劳寿命代入测试应力-疲劳寿命的幂定律公式形成方程组，以确认气管材料的材料常数；

将得到的材料常数再代入测试应力-疲劳寿命的幂定律公式中；

根据给定的疲劳寿命、以及测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，获取对应的测试应力；或者，根据给定的测试应力、以及测试应力-疲劳寿命的幂定律公式，获取疲劳寿命；

其中，测试应力-疲劳寿命的幂定律公式如下：

NS^m＝B

式中，S为测试应力，N为疲劳寿命，m和B为材料常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在“根据应力值获取与之对应气管材料的疲劳寿命”步骤中，所述气管材料的疲劳寿命为平均疲劳寿命。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述平均疲劳寿命的计算方法包括：

在每个应力值下，对气管材料进行多次疲劳度测试，以得到多个疲劳寿命；

根据多个疲劳寿命，获取各个应力值下气管材料的平均疲劳寿命。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤“在每个应力值下，对气管材料进行多次疲劳度测试，以得到多个疲劳寿命”中：

对气管材料进行四次疲劳度测试。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述平均疲劳寿命包括算术平均疲劳寿命。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述平均疲劳寿命包括几何平均疲劳寿命。

7.气管疲劳度测试参数应用方法，其特征在于，所述应用方法包括：

根据权利要求1～6任一项所述的方法获取气管材料的测试应力；

根据测试应力以及测试扭矩-测试应力计算公式，获取疲劳度测试时需要加载在气管上的测试扭矩值；

测试扭矩-测试应力的计算公式如下：

其中，S为测试应力，T为测试扭矩值，A为气管沿径向的截面积，t为气管的厚度。

8.气管疲劳度测试参数应用方法，其特征在于，所述应用方法包括：

根据权利要求1～6任一项所述的方法获取气管材料的测试应力；

在疲劳度测试时需要加载在气管上的测试扭矩一定的情况下，根据测试应力以及测试扭矩-测试应力计算公式，获取气管所需的面积和/或厚度；

测试扭矩-测试应力的计算公式如下：

其中，S为测试应力，T为测试扭矩，A为气管沿径向的截面积，t为气管的厚度。

9.尾气处理系统，其特征在于，包括气管以及连接管，所述连接管连接于所述气管上；

其中，在对所述气管进行疲劳度测试时，所述测试应力作用在所述连接管上。

10.根据权利要求9所述的尾气处理系统，其特征在于，所述连接管的长度为300mm～500mm。

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