汽车检测强化路对承载结构疲劳损伤的影响

汽车检测强化路对承载结构疲劳损伤的影响

1车辆耐久性考核车辆试验场地是进行车辆和道路试验的场所，其中一项重要功能是对车辆的耐久性进行评估。我国汽车行业在1983年开始进行汽车可靠性研究,目前各大汽车厂商都在制定自己的车辆耐久性考核规范。汽车耐久性试验时所选用的试验场强化路对汽车耐久性考核结果影响很大,但在研究如何用强化路去考核车辆耐久性时,很少根据用户使用车辆的载荷损伤分布特点去研究强化路面是否能满足合理考核车辆耐久性的需求。为此,利用一辆完成传感器布置的越野车,分别在用户路以及汽车试验场2种不同的强化路面上进行载荷测量,最后选择了相对伪损伤分布接近用户路的路面作为该车型进行可靠性试验的强化路。2损伤nfi疲劳损伤是由于应力-应变的疲劳滞回循环而引起的损伤源附近材料的反复塑性变形。每个疲劳滞回循环都造成构件一定的疲劳损伤,整个时域载荷历程总损伤值可通过累加每个循环引起的损伤值得到。载荷-寿命之间的S-N幂函数公式为:式中,S为载荷幅值;S0为材料常数;Nf为对应S的疲劳寿命;b为载荷-寿命曲线斜率。由式(1)推导出:累计损伤D为:式中,ni为试验中雨流计数统计第i级试验载荷Si(加速度、位移、微应变)作用下的循环数;Nfi为第i级载荷Si作用下的寿命。将式(2)带入式(3)得:式中,为损伤斜率。略去式(4)中的常数项,则有:式中,Dr为累计相对伪损伤。3测试测试3.1验车安装的传感器试验车辆选用某6×6全轮驱动越野车,试验车上安装的传感器如表1所列。测试点主要布置在该车型承载系的特征点上,分布如表2所列,局部传感器安装图如图1所示。3.2用户路面调查试验路面由A、B两种不同强化路和用户路面组成,试验路面和车速如表3所列。对于用户路面分别在空载和满载工况下进行试验,同时进行用户车辆市场使用情况调查(如不同路面所占行驶里程的百分比、装载质量),调查结果见表4。为使试验场所测试验信号具有各态历经性,分别在试验场A、B两种不同强化路上进行了多次试验。3.3轮次检验法验证试验数据的平稳性A、B两种不同强化路及用户路的载荷谱计算处理的前提是载荷随机过程必须是平稳的且各态历经的。因此,对所测取的信号要做平稳性检验[4~6]。信号的平稳性数字特征是各样本总体的均值和相关函数,与时间的取值无关。但用这2个参数检验不容易实现,工程上常采用轮次检验法来进行平稳性检验。轮次检验法属于非参数与分布自由检验法,即不必知道数据参数的概率分布即可进行,因此本试验使用轮次检验法检验试验数据的平稳性。以A强化路的石块路为例,采集车辆右桥的应变信号,将其时间序列等分为N=20的观察样本,计算各样本的E(x^2),并求取均值。当观察样本的时标记为“+”,当观察样本的时标记为“-”。若“+”与“-”不同,则轮次数r增加1次,否则不增加;轮次检验结果为r=8。平稳性检验计算结果如表5所列。取其显著水平为α=0.05,由r=8查轮次分布表得:r(N/2,1-α)=6,r(N/2,α)=15,即r(N/2,1-α)<r<r(N/2,α),所以被检验数据(E(x^2)序列)是平稳的。本次试验所测量的信号均通过了平稳性检验。3.4疲劳载荷谱的生成利用用户车辆市场使用情况调查结果和所采集的用户车辆道路载荷谱样本,拟合仿真用户车辆道路疲劳载荷谱分布。图2为拟合仿真程序框图。以后桥微应变信号为例,图3为程序输出的用户车辆不同载荷、不同路面的道路疲劳载荷谱样本和拟合仿真曲线。在图3中,取90%概率所对应的雨流循环分级数据作为后桥微应变目标疲劳载荷谱,如图4和表6所示,其中忽略小幅值对相对伪损伤的影响。其它测点位置也以同样的方法确定90%概率所对应的雨流循环分级数据作为用户路面的特征疲劳载荷谱。4试验结果4.1相对伪损伤分布对测量数据进行雨流计数统计,并依据式(5)进行计算,分别得到用户路各测点相对伪损伤分布图(图5)、A强化路各测点相对伪损伤分布图(图6)和B强化路各测点相对伪损伤分布图(图7)。图5中,位移类测点前、后桥相对伪损伤稍大,中桥最小;图6和图7中的中桥相对伪损伤最大,但图7中各测点之间数值变化较小,与图5的分布更接近。图5中,应变类测点右侧纵扭杆相对伪损伤稍大,转向拉杆最小,其它测点相对伪损伤分布均衡。图6、图7与图5的分布类似,但图6中不同测点之间相对伪损伤分布分散,而图7各测点之间相对伪损伤分布均衡,与图5分布更接近。图5中,前、中、后桥轴头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。其它部件加速度类测点相对伪损伤较小但分布均衡。图6、图7与图5的相对伪损伤分布类似;但图7各测点之间相对伪损伤分布均衡,与图5分布更接近。4.2各测点相对伪损伤比值分布对A、B两种强化路与用户路进行比较,分别计算A、B强化路与用户路的相对伪损伤比值λa和λb:λa和λb计算结果见表7,其分布如图8所示。由表7和图8可知,A强化路与B强化路比较,B强化路各测点相对伪损伤比值分布较均衡,更接近用户路面的相对伪损伤分布。因此,选择B强化路作为耐久性考核路面,在疲劳耐久试验中将会出现与用户使用一致的故障模式发生,如故障部位、故障类别、故障里程。5计算损伤值的n相关公式在用户路和汽车试验场2种不同强化路上对某越野车进行了载荷测量,通过雨流计数统计,并依据S-N幂函数公式,计算不同路面各测试点的相对