CN116976116A - 汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法、装置及存储介质 - Google Patents

汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车零部件的疲劳测试技术领域，具体涉及一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法、装置及存储介质，所述方法包括分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量；构建目标函数，求解得到目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量与目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量最接近时各个台架试验工况的循环周次。其能够提高汽车结构件台架耐久试验的准确度，最大程度还原出汽车在复杂的实际服役条件下的疲劳力学特征。

Description

汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法、装置及存储 介质
技术领域
本发明涉及汽车零部件的疲劳测试技术领域，具体涉及一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法、装置及存储介质。
背景技术
车体结构的耐久性能是汽车的重要质量指标，为验证汽车的耐久性能，国内外各大车企及研究机构均会采取一系列的试验方案。这些试验方案包括整车级道路测试、整车级台架测试、系统级台架测试、单件级台架测试等。
一般来说，整车级道路测试最能够反映汽车在真实服役情况下的车体结构疲劳损伤特征。然而，整车级道路测试周期长、成本高，在现今愈加紧凑的汽车研发周期中成为了制约效率的关键环节。
台架测试指将机械机构固连于车身特定位置，以外部动力的输入模拟汽车行驶过程中受到的激励的试验，该试验能够一定程度上逼近汽车道路测试的疲劳特征。从试验周期及成本的角度出发，测试主体规模越小(按照整车、系统、单件的次序规模递减)，测试周期越短、测试成本越低。
据上所述，在当前的汽车研发评价体系中，以单件或系统的台架试验对整车的道路试验做近似替代，从而便捷化、低成本化地研究受关注结构在服役过程中的耐久性能，无疑是极具竞争力的技术手段。然而，由于实验室台架测试的载荷形式有限(装载点数量有限，载荷自由度数量有限)，仅凭一类台架测试工况，很难充分还原道路测试的疲劳特征，而是需要将多个工况的效能组合起来，共同完成对道路试验的逼近。
CN111735645A公开了一种针对某单件实施等效台架试验的方法，该方法在此类技术手段中具有代表性。该方法采集路试过程中单件特定部位的应变-时间曲线，代入疲劳法则框架计算出实际道路工况的损伤特征。接着运用反复计算、迭代挑选的方法，选出使单件呈现出与实际道路工况损伤特征近似的台架工况幅度与周次。专利文献1所公开的方法为一种稳定杆等效台架试验的正向开发方式，避免了过往生产实践中此类技术常常依赖经验值的盲目性。
然而，该方案所提到的方法流程存在两处明显弊端。首先，数据采集工作对于单件的构型要求较为苛刻，无法保证采集到所需数据，也就自然无法开展后续的等效工作；其次，针对某一工况反复计算、迭代修改的过程需要人工参与，自动化程度低，无法保证在固定的时间内得到最优结果。因此，需要开发一种新的用于汽车结构件台架耐久试验循环周次的确定方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，其能够提高汽车结构件台架耐久试验的准确度，最大程度还原出汽车在复杂的实际服役条件下的疲劳力学特征。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明公开了一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，该方法包括分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量；构建目标函数，求解得到目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量与目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量最接近时各个台架试验工况的循环周次。
进一步，构建的目标函数具体为：其中，/>为目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，/> 为第i个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，αi为第i个台架试验工况下的循环周次，/>为目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量。
进一步，采用预设算法对目标函数进行求解，具体为：以为起始搜索点，求使/>取得最小值时的αi值；在后续的第k次迭代中，以/>为搜索方向，调整[α0，α0，...，αk-1，αk]，使得/>达到当前状态下的最优；
当小于预设值或循环达到预设次数后，停止并输出各个台架试验工况下的循环周次αi。
进一步，采用仿真模拟法分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量。
进一步，采用仿真模拟法获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量具体为：分别构建目标路面以及包括目标结构件的目标车辆的仿真分析模型，模拟目标车辆在目标路面上的受载状况，通过连续介质力学算法获得目标结构件在相应载荷下的应力响应，计算获得目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量。
进一步，采用仿真模拟法获取目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量具体为：构建目标结构件在若干个台架试验工况下的仿真分析模型，确定台架试验的运动工况并以此作为边界条件，模拟目标结构件在台架试验中的受载状况，通过连续介质力学算法获得目标结构件在相应载荷下的应力响应，计算获得目标结构件台架试验工况下的疲劳损伤特征向量。
第二方面，本发明公开了一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定装置，其能够实现上述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法的步骤，包括：疲劳损伤特征向量获取模块，用于获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量；目标函数构建模块，用于构建目标函数；函数求解模块，用于求解得到目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量与目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量最接近时各个台架试验工况的循环周次。
第三方面，本发明公开了一种存储介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行上述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法的步骤。
本发明的有益效果：
1、本发明先分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，然后以目标结构件基本力学要求为约束、以实际工况和台阶试验工况引致的疲劳损伤特征向量的最佳逼近为目的构建目标函数，求解出各个台架试验工况的循环周次的最优组合，从而能够快捷的在当前台架试验条件下实现最大程度对道路工况逼近，通过数学规划的手段，结合车辆结构耐久具体要求，对台架耐久试验的循环周次做最优化安排。所述方法的输入为多项台架试验工况的结果集合，输出结果为最优情况下各个台架试验工况的循环周次组合。该方法可保证快速完成求解。能够证明，在台架试验丰富度达到一定水平时，该工况组合对道路工况的逼近效果是优良的。
2、本发明采用仿真模拟法分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，充分发挥了模拟仿真的便捷性与可视性优势，实现了脱离实际测试的方案设计，降低了测试成本，提高了测试效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有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仅是本发明的一些实施例。
图1为本发明所述汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所述采用仿真模拟法获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量的流程示意图；
图3为本发明实施例所述采用仿真模拟法获取目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量的流程示意图；
图4为本发明所述汽车结构件台架耐久试验循环周次确定装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一，参见图1所示，一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，该方法包括分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量；构建目标函数，求解得到目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量与目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量最接近时各个台架试验工况的循环周次。
需要说明的是，所述疲劳损伤特征向量指的是：对照车辆目标结构件模型的应力分布情况，归并疲劳损伤值。尤其地，对于空间位置接近、应力张量各分量对应成比例的疲劳损伤点，应视之为相同性质的疲劳特征而合并。基于此，可将连续的、大规模的车身疲劳分布数据转化为离散的、小规模的车身疲劳数值向量，也即本文所述的疲劳损伤特征向量。疲劳损伤特征向量标号设定为全局唯一值i，其大小定位该多处疲劳损伤点中的最大值。
本发明先分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，然后以目标结构件基本力学要求为约束、以实际工况和台阶试验工况引致的疲劳损伤特征向量的最佳逼近构建目标函数，求解出各个台架试验工况的循环周次的最优组合，从而能够快捷的在当前台架试验条件下实现最大程度对道路工况逼近，通过数学规划的手段，结合车辆结构耐久具体要求，对台架耐久试验的循环周次做最优化安排。所述方法的输入为多项台架试验工况的结果集合，输出结果为最优情况下各个台架试验工况的循环周次组合。该方法可保证快速完成求解。能够证明，在台架试验丰富度达到一定水平时，该工况组合对道路工况的逼近效果是优良的。
作为本实施例的一种优选实施方式，构建的目标函数具体为：其中，为目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，/> 为第i个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，αi为第i个台架试验工况下的循环周次，/>为目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量。||·||表示对向量求第二范数，即向量各元素平方之和的平方根。向量/>的元素/>代表车辆结构在第i类载荷下的第j个疲劳特征。
进一步地，采用预设算法对目标函数进行求解，具体为：以为起始搜索点，求使/>取得最小值时的αi值；在后续的第k次迭代中，以/>为搜索方向，调整[α0，α0，...，αk-1，αk]，使得/>达到当前状态下的最优；当/>小于预设值或循环达到预设次数后，停止并输出各个台架试验工况下的循环周次αi。
实施例二，在实施例一的基础上，采用仿真模拟法分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量。合理运用计算模拟仿真的手段、车身结构领域的基础知识，以及数学规划的思想，开通了任何实验室台架试验工况向整车道路测试工况映射的途径。本发明所述方法成本低廉，高度自动化，其效果在长期项目实践中得到了很好的验证。
参见图2所示，采用仿真模拟法获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量具体为：分别构建目标路面以及包括目标结构件的目标车辆的仿真分析模型，进行实际道路工况运动学模拟，即借助运动学分析手段，以汽车结构为目标模型，以实际行驶路面状况为边界条件，模拟目标车辆在目标路面上的受载状况，即实际道路车辆结构载荷情况。然后运用有限元分析手段通过连续介质力学算法获得目标结构件在相应载荷下的应力响应即实际道路车辆结构力学响应。再通过疲劳损伤演算，计算获得目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量。
参见图3所示，采用仿真模拟法获取目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量具体为：构建目标结构件在若干个台架试验工况下的仿真分析模型，确定台架试验的运动工况并以此作为边界条件，模拟目标结构件在台架试验中的受载状况即台架试验工况车辆结构载荷情况。然后运用有限元分析手段通过连续介质力学算法获得目标结构件在相应载荷下的应力响应，即台架试验工况车辆结构力学响应。再通过疲劳损伤演算，计算获得目标结构件台架试验工况下的疲劳损伤特征向量。
实施例三，参见图4所示，一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定装置，其能够实现实施例一或实施例二所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法的步骤，包括：疲劳损伤特征向量获取模块，用于获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量；目标函数构建模块，用于构建目标函数；函数求解模块，用于求解得到目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量与目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量最接近时各个台架试验工况的循环周次。
实施例四，本发明公开了一种存储介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行本发明实施例一或实施例二所述的所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法的步骤。
需要说明的是，所示的存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的计算机程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，其特征在于：该方法包括分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量；
构建目标函数，求解得到目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量与目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量最接近时各个台架试验工况的循环周次。
2.根据权利要求1所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，其特征在于，构建的目标函数具体为：其中，/>为目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，/>为第i个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量，αi为第i个台架试验工况下的循环周次，/>为目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量。
3.根据权利要求2所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，其特征在于：采用预设算法对目标函数进行求解，具体为：以为起始搜索点，求使/> 取得最小值时的αi值；在后续的第k次迭代中，以/>为搜索方向，调整
[α0,α0,…,αk-1,αk]，使得达到当前状态下的最优；
当小于预设值或循环达到预设次数后，停止并输出各个台架试验工况下的循环周次αi。
4.根据权利要求1或2所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，其特征在于：采用仿真模拟法分别获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量。
5.根据权利要求4所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，其特征在于，采用仿真模拟法获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量具体为：分别构建目标路面以及包括目标结构件的目标车辆的仿真分析模型，模拟目标车辆在目标路面上的受载状况，通过连续介质力学算法获得目标结构件在相应载荷下的应力响应，计算获得目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量。
6.根据权利要求4所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法，其特征在于，采用仿真模拟法获取目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量具体为：构建目标结构件在若干个台架试验工况下的仿真分析模型，确定台架试验的运动工况并以此作为边界条件，模拟目标结构件在台架试验中的受载状况，通过连续介质力学算法获得目标结构件在相应载荷下的应力响应，计算获得目标结构件台架试验工况下的疲劳损伤特征向量。
7.一种汽车结构件台架耐久试验循环周次确定装置，其特征在于，能够实现权利要求1至6任一项所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法的步骤，包括：
疲劳损伤特征向量获取模块，用于获取目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量和目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量；
目标函数构建模块，用于构建目标函数；
函数求解模块，用于求解得到目标结构件在若干个台架试验工况下的疲劳损伤特征向量与目标结构件实际工况下的疲劳损伤特征向量最接近时各个台架试验工况的循环周次。
8.一种存储介质，其特征在于：其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行如权利要求1至6任一项所述的汽车结构件台架耐久试验循环周次确定方法的步骤。
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