汽車排氣系統(tǒng)在道路行駛過程中的疲勞壽命分析

郭學靜

摘要： 本文研究了汽車排氣系統(tǒng)在汽車道路行駛過程中的疲勞壽命情況。通過試驗場或者用戶使用條件下的RLDA數(shù)據(jù)采集，對得到的數(shù)據(jù)進行雨流計數(shù)疲勞壽命估算，得到載荷譜。然后進行構件的疲勞壽命試驗，做出P-S-N曲線。應用 Miner理論，可得到構件的損傷度。從而可以分析排氣系統(tǒng)不同部位在給定的路面激勵下的損傷，評估排氣系統(tǒng)的耐久風險。

關鍵詞：疲勞壽命;RLDA;雨流計數(shù);載荷譜;P-S-N曲線;Miner 理論

引言

近年來，人們在選擇汽車駕駛時，除了舒適感和可操作性能，零部件的使用壽命及安全性越來越受到關注。以往對于汽車的降噪、尾氣凈化和壓力損失等問題已受廣泛的關注，但其結構強度和焊接疲勞耐久性卻沒有引起足夠的重視，目前逐漸成為人們關注的重點。鑒于國內排氣系統(tǒng)在這方面研究較少，與國外同期研究水平差距極大，所以，有必要加強該領域的研究，以盡快彌補我國在這方面的不足，所得到的研究成果將對該領域有一定程度的補充，可作為排氣系統(tǒng)早期研發(fā)設計的重要參考。本文主要研究從測試到的疲勞載荷譜，確定材料疲勞損傷的程度，計算疲勞壽命。進行疲勞設計、安全評價等運用這種測試方法，可立即得到測試結果，這將減輕測試人員的勞動強度，縮短測試周期，降低測試費用，解決了復雜構件的試驗問題，為汽車排氣系統(tǒng)的安全性設計提供了依據(jù)。

1.RLDA數(shù)據(jù)采集

在零部件關鍵位置安裝傳感器，關鍵位置可以根據(jù)有限元分析結果選取。數(shù)據(jù)采集一般采用應變片，方法為半橋或全橋貼法，采樣頻率為2048Hz。測試的方法根據(jù)國家標準或者主機廠提供商的整車工裝樣車道路試驗技術規(guī)范執(zhí)行。車輛狀態(tài)一般為空載，半載，滿載，具體配重見標準規(guī)定。試驗路面分為組合壞路和高速環(huán)路等。

2.構件的疲勞試驗

構件的疲勞試驗是分析構件承載能力的試驗，目的是要得到構件的P-S-N疲勞壽命曲線。

試驗載荷分為低載荷和高載荷，通常要各做5件。試驗前首先要確定載荷的大小，載荷獲得的基本原則一般為低載荷要求構件在50萬次左右失效，高載荷在5萬次左右失效。

3.Miner 理論

Miner將Palmgren提出的疲勞損傷與應力循環(huán)次數(shù)成線性比這一假設公式化， 建立了著名的Miner準則

其中， 每一級變幅循環(huán)應力為Si， i=1， 2，， n，ni 為Si 的循環(huán)次數(shù)，Nci 為與Si 相對應的疲勞壽命，即圖1 P-S-N曲線中對應的循環(huán)次數(shù)。

基于Miner準則，可以將圖5中應力Si對應的ni與圖8種Si對應的Ni進行對比，求和即可得到損傷，

該部位的壽命為

一般認為壽命在100以上為低風險。

4.結論

汽車排氣系統(tǒng)設計過程中，根據(jù)前期的CAE分析得到系統(tǒng)的高風險部位，進行實際的數(shù)據(jù)道路采集得到各個部位的載荷譜，通過構件的疲勞壽命試驗得到構件P-S-N曲線，應用Miner準則計算各位置的損傷?？梢源蠓冉档驼囋囼灂r的失效概率，從而節(jié)省金錢和時間成本。本文介紹的試驗方法已應用到眾多汽車的排氣系統(tǒng)開發(fā)，成為目前排氣系統(tǒng)在道路耐久性開發(fā)的有效試驗方法。

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