主页 > 产品展示 > >> 欢乐彩LMS在零部件疲劳耐久性试验评价中的应用

  某轿车支承座是后桥和车身间的一个冲压连接件(见图1),一直采用进口材料生产。为了提高国产化率,降低成本,供应商拟采用国产材料生产,这就需要进行合理的疲劳耐久性试验评价。由于没有针对该车型支承座的试验规范,需要根据实际使用载荷情况,制定试验规范,作为试验评价的依据。LMS Tecware和FALANCS LifeStat 可以协助完成疲劳耐久性试验评价。

  支承座在汽车行驶过程中,承受来自路面经后桥系统传递给车身的力,主要的力载荷为沿着行驶方向的纵向力和侧向力。从支承座的结构特点来说,冲压转折处是其薄弱点。考虑到支承座的安装方式,以及贴应变片的可行性和方便性,选择在靠近冲压转折处的侧面布置一个应变花(见图2)。

  载荷数据采集在上海大众试车场进行。14400km 强化道路试验是支承座50%失效概率的疲劳耐久性试验要求(离散度Slog 取0.2)。在这里做了三次各16.8 公里的载荷数据测量,从测量结果发现,应变花06A 和06B 的应变信号都比较小,在50 微应变以下。06C 应变信号在150 微应变左右。取06C 应变信号进行分析。利用Tecware 软件进行数据处理,例如在修正温漂和偏移的时候,要注意选择合适的参数,防止破坏原来信号包含的信息。如果利用软件默认的参数block length=4096,会导致信号的不正常修正,特别是弯道信号。将block length 值放大,如取40000,可以获得较理想的修正效果。Drift/Offset 修正效果见图3。

  结合测量轮信号,分析06C 应变信号和测量轮6 分力的相关性,图4 为06C 和测量轮6 分力的Tecware相关性分析。从图示可知,06C 信号和侧向力Fy 相关性比其他力显著。选择侧向力方向作为加载方式进行疲劳耐久性试验。

  为了完成轿车支承座的试验,需要设计合理的试验方案。从加载方式上分析,运用比较多的是液压缸加载。液压缸加载由于系统的限制,试验频率比较低,试验周期较长,试验费用也比较高。上海大众很早就引进了Schenck 的共振式试验台,利用共振式试验台做轿车支承座试验,可以达到很高的试验频率,试验周期大大降低。共振式试验台的试验费用也相对较低。在这里,我们采用了Schenck 共振式试验台来完成这个试验。

  在固定方式上,充分考虑实际装配情况,利用批量状态的螺栓按照实际装车扭矩将支承座固定在夹具上。支承座中间实际装配的是橡胶轴承,根据橡胶轴承和支承座的实际配合关系,设计加工一个中空的杆件代替橡胶轴承。在试验中利用了一个长为220mm 的细长杆(中间直径7mm)。这个细长杆是有弹簧钢制成,用很好的强度和弹性。即减少了力传感器上方的惯性力的影响,也不会限制支承座的变形,增加和实际工况不一致的过多约束。试验台如图5 所示。

  利用Schenck 共振式试验台,通过初步确定两个载荷,对支承座进行单级加载试验。为了对比,对国产材料和进口材料生产的两种支承座都进行了疲劳试验。根据试验结果可以确定支承座的承载能力状况,即生成支承座的S-N 曲线。为求得S-N 曲线需要用到回归分析。对载荷和试验次数同时取log 对数,即在双对数坐标下,试验次数和载荷成线性关系,可以用一元一次回归方程进行统计分析。在这里试验次数是因变量,载荷是自变量。利用LifeStat 软件可以完成试验数据的统计分析,并生成SN-Curve。分析结果见图6。从实际试验结果分析可知,国产化材料试件和CKD 材料试件试验结果很接近,并且在目标S-N 曲线的右上方。国产化材料试件满足疲劳强度要求,可以替代CKD 材料。

  采用动态标定方式,设定不同的试验载荷幅值,测量应变反馈。根据应变和加载力的系数关系,可以将实际采集到的应变路谱信号转化为加载力信号。选择3 次测量结果的中间值,以这16.8 公里信号为基础进行外推。Tecware 有载荷外推的方法,在这里是以简单的重复为基础(如:14400/16.8),再乘以各种安全系数,从而获得16.8 公里加载力信号的重复次数。这些安全系数包括:和道路测量次数相关的安全系数,和试验的试件个数相关的安全系数,和载荷的多轴性相关的安全系数,过载安全系数,环境腐蚀安全系数和温度安全系数等等。利用LifeStat 计算虚拟损伤时,利用上面获得的国产化材料支承座S-N 曲线(下面简称为“初始S-N 曲线 公里加载力信号的虚拟损伤值。计算采用程对计数法(Range pair)和Miners Rule elementary。如果该虚拟损伤值乘以上面获得的重复次数,结果小于1,就需要将初始S-N 曲线保持K 值不变向左边平移,直至损伤值为1,获得的新S-N 曲线%失效概率的目标S-N曲线。从目标S-N 曲线上选取两个载荷,一个载荷的试验次数在1 万到4 万之间,另一个载荷的试验次数在10 万到50 万间为宜。再加上离散度和S-N 曲线斜率要求,就可以作为以后试验的规范。具体方法示意图参见图6。

  利用Tecware 和LifeStat 软件工具,完成了轿车支承座疲劳耐久性试验评价,可以将此方法推广到其它零部件的评价中去。具体的操作过程中,还有一些环节可以进一步完善,比如道路谱外推时的安全系数如何合理设置,这是以后需要研究的内容。

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