汽車檢測(cè)強(qiáng)化路對(duì)承載結(jié)構(gòu)疲勞損傷的影響

汽車檢測(cè)強(qiáng)化路對(duì)承載結(jié)構(gòu)疲勞損傷的影響

1車輛耐久性考核車輛試驗(yàn)場(chǎng)地是進(jìn)行車輛和道路試驗(yàn)的場(chǎng)所，其中一項(xiàng)重要功能是對(duì)車輛的耐久性進(jìn)行評(píng)估。我國(guó)汽車行業(yè)在1983年開始進(jìn)行汽車可靠性研究,目前各大汽車廠商都在制定自己的車輛耐久性考核規(guī)范。汽車耐久性試驗(yàn)時(shí)所選用的試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化路對(duì)汽車耐久性考核結(jié)果影響很大,但在研究如何用強(qiáng)化路去考核車輛耐久性時(shí),很少根據(jù)用戶使用車輛的載荷損傷分布特點(diǎn)去研究強(qiáng)化路面是否能滿足合理考核車輛耐久性的需求。為此,利用一輛完成傳感器布置的越野車,分別在用戶路以及汽車試驗(yàn)場(chǎng)2種不同的強(qiáng)化路面上進(jìn)行載荷測(cè)量,最后選擇了相對(duì)偽損傷分布接近用戶路的路面作為該車型進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的強(qiáng)化路。2損傷nfi疲勞損傷是由于應(yīng)力-應(yīng)變的疲勞滯回循環(huán)而引起的損傷源附近材料的反復(fù)塑性變形。每個(gè)疲勞滯回循環(huán)都造成構(gòu)件一定的疲勞損傷,整個(gè)時(shí)域載荷歷程總損傷值可通過(guò)累加每個(gè)循環(huán)引起的損傷值得到。載荷-壽命之間的S-N冪函數(shù)公式為:式中,S為載荷幅值;S0為材料常數(shù);Nf為對(duì)應(yīng)S的疲勞壽命;b為載荷-壽命曲線斜率。由式(1)推導(dǎo)出:累計(jì)損傷D為:式中,ni為試驗(yàn)中雨流計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)第i級(jí)試驗(yàn)載荷Si(加速度、位移、微應(yīng)變)作用下的循環(huán)數(shù);Nfi為第i級(jí)載荷Si作用下的壽命。將式(2)帶入式(3)得:式中,為損傷斜率。略去式(4)中的常數(shù)項(xiàng),則有:式中,Dr為累計(jì)相對(duì)偽損傷。3測(cè)試測(cè)試3.1驗(yàn)車安裝的傳感器試驗(yàn)車輛選用某6×6全輪驅(qū)動(dòng)越野車,試驗(yàn)車上安裝的傳感器如表1所列。測(cè)試點(diǎn)主要布置在該車型承載系的特征點(diǎn)上,分布如表2所列,局部傳感器安裝圖如圖1所示。3.2用戶路面調(diào)查試驗(yàn)路面由A、B兩種不同強(qiáng)化路和用戶路面組成,試驗(yàn)路面和車速如表3所列。對(duì)于用戶路面分別在空載和滿載工況下進(jìn)行試驗(yàn),同時(shí)進(jìn)行用戶車輛市場(chǎng)使用情況調(diào)查(如不同路面所占行駛里程的百分比、裝載質(zhì)量),調(diào)查結(jié)果見表4。為使試驗(yàn)場(chǎng)所測(cè)試驗(yàn)信號(hào)具有各態(tài)歷經(jīng)性,分別在試驗(yàn)場(chǎng)A、B兩種不同強(qiáng)化路上進(jìn)行了多次試驗(yàn)。3.3輪次檢驗(yàn)法驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性A、B兩種不同強(qiáng)化路及用戶路的載荷譜計(jì)算處理的前提是載荷隨機(jī)過(guò)程必須是平穩(wěn)的且各態(tài)歷經(jīng)的。因此,對(duì)所測(cè)取的信號(hào)要做平穩(wěn)性檢驗(yàn)[4~6]。信號(hào)的平穩(wěn)性數(shù)字特征是各樣本總體的均值和相關(guān)函數(shù),與時(shí)間的取值無(wú)關(guān)。但用這2個(gè)參數(shù)檢驗(yàn)不容易實(shí)現(xiàn),工程上常采用輪次檢驗(yàn)法來(lái)進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)。輪次檢驗(yàn)法屬于非參數(shù)與分布自由檢驗(yàn)法,即不必知道數(shù)據(jù)參數(shù)的概率分布即可進(jìn)行,因此本試驗(yàn)使用輪次檢驗(yàn)法檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性。以A強(qiáng)化路的石塊路為例,采集車輛右橋的應(yīng)變信號(hào),將其時(shí)間序列等分為N=20的觀察樣本,計(jì)算各樣本的E(x^2),并求取均值。當(dāng)觀察樣本的時(shí)標(biāo)記為“+”,當(dāng)觀察樣本的時(shí)標(biāo)記為“-”。若“+”與“-”不同,則輪次數(shù)r增加1次,否則不增加;輪次檢驗(yàn)結(jié)果為r=8。平穩(wěn)性檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果如表5所列。取其顯著水平為α=0.05,由r=8查輪次分布表得:r(N/2,1-α)=6,r(N/2,α)=15,即r(N/2,1-α)<r<r(N/2,α),所以被檢驗(yàn)數(shù)據(jù)(E(x^2)序列)是平穩(wěn)的。本次試驗(yàn)所測(cè)量的信號(hào)均通過(guò)了平穩(wěn)性檢驗(yàn)。3.4疲勞載荷譜的生成利用用戶車輛市場(chǎng)使用情況調(diào)查結(jié)果和所采集的用戶車輛道路載荷譜樣本,擬合仿真用戶車輛道路疲勞載荷譜分布。圖2為擬合仿真程序框圖。以后橋微應(yīng)變信號(hào)為例,圖3為程序輸出的用戶車輛不同載荷、不同路面的道路疲勞載荷譜樣本和擬合仿真曲線。在圖3中,取90%概率所對(duì)應(yīng)的雨流循環(huán)分級(jí)數(shù)據(jù)作為后橋微應(yīng)變目標(biāo)疲勞載荷譜,如圖4和表6所示,其中忽略小幅值對(duì)相對(duì)偽損傷的影響。其它測(cè)點(diǎn)位置也以同樣的方法確定90%概率所對(duì)應(yīng)的雨流循環(huán)分級(jí)數(shù)據(jù)作為用戶路面的特征疲勞載荷譜。4試驗(yàn)結(jié)果4.1相對(duì)偽損傷分布對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì),并依據(jù)式(5)進(jìn)行計(jì)算,分別得到用戶路各測(cè)點(diǎn)相對(duì)偽損傷分布圖(圖5)、A強(qiáng)化路各測(cè)點(diǎn)相對(duì)偽損傷分布圖(圖6)和B強(qiáng)化路各測(cè)點(diǎn)相對(duì)偽損傷分布圖(圖7)。圖5中,位移類測(cè)點(diǎn)前、后橋相對(duì)偽損傷稍大,中橋最小;圖6和圖7中的中橋相對(duì)偽損傷最大,但圖7中各測(cè)點(diǎn)之間數(shù)值變化較小,與圖5的分布更接近。圖5中,應(yīng)變類測(cè)點(diǎn)右側(cè)縱扭桿相對(duì)偽損傷稍大,轉(zhuǎn)向拉桿最小,其它測(cè)點(diǎn)相對(duì)偽損傷分布均衡。圖6、圖7與圖5的分布類似,但圖6中不同測(cè)點(diǎn)之間相對(duì)偽損傷分布分散,而圖7各測(cè)點(diǎn)之間相對(duì)偽損傷分布均衡,與圖5分布更接近。圖5中,前、中、后橋軸頭的加速度比其它部件稍大,其中x向加速度小,y向和z向加速度大。其它部件加速度類測(cè)點(diǎn)相對(duì)偽損傷較小但分布均衡。圖6、圖7與圖5的相對(duì)偽損傷分布類似;但圖7各測(cè)點(diǎn)之間相對(duì)偽損傷分布均衡,與圖5分布更接近。4.2各測(cè)點(diǎn)相對(duì)偽損傷比值分布對(duì)A、B兩種強(qiáng)化路與用戶路進(jìn)行比較,分別計(jì)算A、B強(qiáng)化路與用戶路的相對(duì)偽損傷比值λa和λb:λa和λb計(jì)算結(jié)果見表7,其分布如圖8所示。由表7和圖8可知,A強(qiáng)化路與B強(qiáng)化路比較,B強(qiáng)化路各測(cè)點(diǎn)相對(duì)偽損傷比值分布較均衡,更接近用戶路面的相對(duì)偽損傷分布。因此,選擇B強(qiáng)化路作為耐久性考核路面,在疲勞耐久試驗(yàn)中將會(huì)出現(xiàn)與用戶使用一致的故障模式發(fā)生,如故障部位、故障類別、故障里程。5計(jì)算損傷值的n相關(guān)公式在用戶路和汽車試驗(yàn)場(chǎng)2種不同強(qiáng)化路上對(duì)某越野車進(jìn)行了載荷測(cè)量,通過(guò)雨流計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì),并依據(jù)S-N冪函數(shù)公式,計(jì)算不同路面各測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)