基于某乘用車(chē)后扭梁的試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)研究

【摘要】本文介紹了Miner理論（疲勞損傷疊加理論）、雨流計(jì)數(shù)、試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)的基本原理及國(guó)內(nèi)兩個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)的強(qiáng)化壞路工況，選擇某乘用車(chē)的后扭梁為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)點(diǎn)的選擇，進(jìn)行實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)采集，分析其在兩個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化壞路的損傷值，得出對(duì)比結(jié)果，建立了基于后扭梁部位的試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)?？梢灾笇?dǎo)試驗(yàn)規(guī)范的轉(zhuǎn)化和建立，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)和用戶當(dāng)量關(guān)系研究也有參考意義。

【關(guān)鍵詞】汽車(chē)；后扭梁；疲勞損傷；試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)

1、引言

汽車(chē)可靠性和耐久性是車(chē)輛性能的重要方面，它關(guān)系著車(chē)輛的安全和駕駛性能。目前汽車(chē)生產(chǎn)廠商主要通過(guò)試驗(yàn)場(chǎng)來(lái)模擬用戶的實(shí)際使用工況，可以在較短的時(shí)間內(nèi)掌握車(chē)輛的可靠性及耐久性能，即基于等效損傷理論進(jìn)行的加速疲勞試驗(yàn)，其基本思路是采集用戶的實(shí)際使用工況下的載荷譜，然后使用同一樣車(chē)在汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)采集各種路面的載荷譜，根據(jù)損傷疊加理論，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)路面的組合，使組合后的總損傷值與實(shí)際路況造成的損傷值一致，這樣就建立起試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際用戶使用的等效關(guān)系，然而這個(gè)過(guò)程周期長(zhǎng)，涉及到大量的用戶調(diào)查、統(tǒng)計(jì)等工作。如果已經(jīng)有一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)的試驗(yàn)規(guī)范，通過(guò)采集疲勞損傷數(shù)據(jù)，在另一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行等效變換就稱為試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)，建立試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)可以節(jié)省大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。

國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)場(chǎng)主要有北京通縣試驗(yàn)場(chǎng)、農(nóng)安試驗(yàn)場(chǎng)、海南試驗(yàn)場(chǎng)、襄樊試驗(yàn)場(chǎng)等，本文選擇國(guó)產(chǎn)的某款乘用車(chē)，在其中兩個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行強(qiáng)化壞路試驗(yàn)，通過(guò)比較其后扭梁的疲勞損傷數(shù)據(jù)，得到了初步的試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

2、試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)分析基本理論

2.1 Miner累計(jì)損傷理論

累積疲勞損傷理論是由曼納（M.A.Miner）提出，他認(rèn)為任意一塊承受交變應(yīng)力的金屬都有一定的壽命，在期限滿了之后就會(huì)斷裂。每施加一次載荷就對(duì)材料造成小量的損傷，這些小損傷逐漸累積，達(dá)到與其壽命相當(dāng)?shù)南拗屏繒r(shí)，材料即告破壞。并認(rèn)為損傷與載荷作用次序無(wú)關(guān)。當(dāng)各循環(huán)應(yīng)力產(chǎn)生的損傷分量累積等于1時(shí)，零件即失效。累積疲勞損傷量D可用下列公式計(jì)算：

2.2雨流計(jì)數(shù)法

雨流計(jì)數(shù)法是由英國(guó)的M.Matsuishi和T.Endo兩位工程師提出的。該計(jì)數(shù)法認(rèn)為塑性變形的存在是構(gòu)件或材料產(chǎn)生疲勞損傷的必要條件，且塑性性質(zhì)是以應(yīng)力—應(yīng)變的遲滯回線表現(xiàn)出來(lái)的。對(duì)于汽車(chē)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，構(gòu)件的疲勞一般屬于高周疲勞，從宏觀的角度講構(gòu)件的名義應(yīng)力與應(yīng)變?cè)谄浞燮陂g基本呈線性關(guān)系，但其已產(chǎn)生一定的塑性變形。

如圖1所示，把應(yīng)變時(shí)間歷程樣本記錄轉(zhuǎn)過(guò)90°，時(shí)間坐標(biāo)軸豎直向下，樣本記錄猶如一系列屋面，雨水順著屋面往下流，故稱為雨流法。

雨流法的要點(diǎn)是載荷時(shí)間歷程的每一部分都參與計(jì)數(shù)，且只計(jì)數(shù)一次，一個(gè)大的幅值所引起的損傷不受截?cái)嗨男⊙h(huán)的影響，截出的小循環(huán)疊加到較大循環(huán)和半循環(huán)上去。

3、試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化壞路工況

不同試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化壞路的類型、長(zhǎng)度及先后順序都盡不相同，本文選擇的兩個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)的壞路工況分別見(jiàn)表1和表2。其中試驗(yàn)場(chǎng)1單圈總里程4.8公里，連接路面為73%，試驗(yàn)場(chǎng)2單圈總里程7.8公里，連接路面占53%。

4、測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)樣車(chē)選擇國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上某款乘用車(chē)，該車(chē)輛經(jīng)過(guò)磨合且車(chē)況良好，測(cè)試時(shí)按要求進(jìn)行配重。試驗(yàn)時(shí)需要采集的車(chē)輛基本信息為左側(cè)及右側(cè)軸頭加速度。

以該樣車(chē)的后扭梁作為研究對(duì)象，在上面共布置25個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)的通道名稱及安裝位置見(jiàn)表3。

5、數(shù)據(jù)處理及分析

5.1數(shù)據(jù)處理

信號(hào)采集結(jié)束后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要檢查數(shù)據(jù)是否有野點(diǎn)、零漂等。對(duì)通道進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)，見(jiàn)圖2，根據(jù)各自的雨流計(jì)數(shù)結(jié)果，利用Miner累計(jì)損傷理論，計(jì)數(shù)各通道的名義損傷值，將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，將試驗(yàn)場(chǎng)1的損傷設(shè)為1，試驗(yàn)場(chǎng)2的損傷約為1.88，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖3所示。

在對(duì)比結(jié)果圖中，我們可以看到通道17、通道15等差別比較大，是影響對(duì)比結(jié)果的主要因素，以通道17為例，所受影響分析如下：

1、試驗(yàn)場(chǎng)2損傷的幅值在80-192的范圍內(nèi)，而且循環(huán)次數(shù)要比試驗(yàn)場(chǎng)1多；

2、試驗(yàn)場(chǎng)2的損傷主要由石塊路乙引起，占總損傷的89%，該通道在試驗(yàn)場(chǎng)2各個(gè)強(qiáng)化路面上的損傷比例如圖4所示；

3、試驗(yàn)場(chǎng)1的損傷主要由卵石路、搓板路、比利石路引起，占總損傷的67%，該通道在試驗(yàn)場(chǎng)1各個(gè)強(qiáng)化路面上的極值統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

6、小結(jié)

本文以某乘用車(chē)的后扭梁作為研究對(duì)象，以疲勞損傷理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行分析與計(jì)算，通過(guò)對(duì)比其在兩個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化路面的損傷值，得到了兩個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)的關(guān)聯(lián)性，可以指導(dǎo)試驗(yàn)場(chǎng)道路試驗(yàn)規(guī)范的轉(zhuǎn)化引用與建立，節(jié)省研發(fā)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)和用戶當(dāng)量關(guān)系研究也有參考意義。

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作者簡(jiǎn)介

常桂秀（1982-），男，碩士研究生，工程師，主要從事汽車(chē)道路試驗(yàn)方面的工作。