基于小波变换理论的车辆实测载荷谱优化处理方法研究

鉴于工程中采集到的车辆道路载荷谱易受外部环境干扰而存在噪声和异常的尖峰信号,而传统的傅里叶变换滤波方法容易将真实信号随噪声信号同时滤除,本文中研究了基于小波变换理论的车辆实测道路载荷谱降噪方法。选用Daubechies小波函数,结合多种小波阈值降噪准则对某试验车辆实测道路载荷谱进行降噪处理,系统性地研究了不同小波阈值降噪准则和小波消失矩对实测含噪随机载荷信号的降噪性能。结果表明,基于小波变换的降噪方法能有效剔除干扰噪声信号,其中Heuristic SURE准则对原载荷谱各项载荷特征的保留效果最好。此外,研究了基于小波变换理论的实测载荷谱中异常尖峰信号自动检测方法,为车辆实测道路载荷谱的优化处理提供了一定的参考。     

基于希尔伯特-黄变换的汽车耐久性载荷谱编辑

室内道路模拟试验是当今主要的耐久性快速评价技术之一.为加速汽车耐久性台架测试,通常需要对载荷谱进行压缩编辑.针对用户道路采集信号的非平稳特征,基于希尔伯特-黄变换对载荷信号进行压缩编辑.首先,对实际用户道路所测得的载荷信号,利用经验模态分解获取固有模态函数.然后,对固有模态函数作希尔伯特变换获取相应的瞬时幅值和瞬时频率...     

汽车发动机非稳态振动信号分析方法比较研究

采用短时Fourier变换、小波包AR谱和二阶循环谱方法分别对发动机加速信号进行了时频分析,提取了分析对象的故障特征,并对3种方法进行了比较研究.研究表明:短时Fourier变换的频率分辨特性相对较差;小波包对单个故障有良好的分辨特性,但对多个故障的分辨能力较差;而循环谱方法有更好的频率分辨特性,且在特征频率处有更显著的谱峰.     

重型汽车室内道路模拟试验载荷谱的预处理

以某重型汽车在标准试车场采集到的载荷谱为例,对载荷谱进行了异常点判别与剔除、趋势项消除、样本选择及傅里叶滤波等预处理,并对预处理完成后的载荷谱从幅值域、频率域和伪损伤等三方面进行编辑分析,得到了生成加速载荷谱的方法。     

轿车悬架台架多轴疲劳试验载荷开发

以某C级轿车悬架零部件的试验载荷开发为例,探讨了多轴疲劳载荷谱浓缩的编辑方法和台架试验载荷谱的质量检查技术,以及载荷测试参数和道路载荷采集工况的确定.浓缩载荷谱质量分析结果表明,该C级车悬架时间域编辑载荷谱优于峰谷值编辑载荷谱.以时间域编辑为基础,结合提出的特殊载荷频率浓缩处理,使C级车悬架零部件台架试验载荷达到了理想的加速效果和各轴损伤的一致性.     

基于虚拟迭代技术的中型货车驾驶室载荷谱的求取

某货车驾驶室疲劳载荷激励输入位置位于驾驶室与悬置连接处,在进行整车强化道路耐久试验时无法安装设备直接采集。为获取较为准确的驾驶室疲劳寿命分析载荷谱,对强化耐久路面下整车加速度响应信号进行虚拟迭代。虚拟迭代时需调用整车多体动力学模型,为提高整车模型精度,基于Craig-Bampton综合模态理论生成柔性体车架,建立刚柔耦合的整车多体动力学模型。将Femfat-lab与ADAMS/Car进行联合仿真计算,以白噪声为初始输入,求解刚柔耦合整车多体动力学模型的非线性传递函数,基于循环迭代原理,进行各种典型强化路况下驾驶室悬置附近加速度响应信号的虚拟迭代。利用时域信号对比法及损伤阈值法作为迭代收敛判据,获得满足精度需求的位移驱动信号。将位移驱动信号导入到ADAMS/Car中,对整车多体动力学模型进行驱动仿真,提取驾驶室疲劳分析所需激励载荷谱,将虚拟迭代求得的载荷谱用于疲劳寿命分析所得结果与驾驶室疲劳强化台架试验结果进行对比。研究结果表明：出现疲劳破坏的部位相同度达75%,疲劳寿命误差在20%左右,表明虚拟迭代过程中基于柔性体车架建立的刚柔耦合多体动力学模型的仿真计算,可获得较高精度的迭代结果;以位移谱驱动整车多体动力学模型进行仿真能够有效避免六分力直接驱动时模型翻转等不稳定现象,并且整车模型仿真加速度响应结果与实测相应位置加速度响应吻合度较高;相比于传统的疲劳分析载荷获取方法,虚拟迭代技术可以在较低试验成本的情况下获取较高精度的载荷谱,并能够提取由于连接位置导致的无法直接进行载荷测量部位的疲劳分析载荷。     

动力电池框振动台架研究与应用

针对动力电池框在整车试验中的疲劳开裂问题,分析开裂原因,进行设计改进,并对改进后的结构进行台架快速试验验证。文章通过仿真,在常规的试验载荷谱压缩基础上,制定载荷谱强化系数,从而得到一种不依赖于经验的振动台架耐久载荷谱制定方法。结果表明:动力电池框原始方案疲劳仿真开裂部位与道路试验开裂部位一致;疲劳仿真开裂寿命与整车试验的误差在允许范围内。新方案改进效果明显,寿命满足耐久性要求;动力电池框改进方案疲劳仿真寿命与台架试验结果相吻合。结果表明,所采用的仿真制定振动台架耐久载荷谱方法可行。     

基于位移反求加载法的高精度皮卡车架疲劳开发与验证

车架是皮卡的重要总成,由于承受各种载荷冲击,所以容易产生开裂问题影响使用寿命。皮卡车架的疲劳预测选择了精度较高的基于位移反求加载法,结合试验场采集载荷谱数据与皮卡整车多体动力学模型,以相关性较高的整车内部响应信号(悬架位移信号、整车轴头Z向加速度信号、转向拉杆力标定信号)为目标信号,迭代反求整车等效位移激励信号,进而分解获取车架边界载荷谱,最后基于Miner线性累积损伤理论对皮卡车架进行疲劳分析、对标及优化,优化后的实车通过台架试验验证。     

基于小波包分析的结构损伤识别研究进展

小波包分析是对小波分析中没有细分的高频部分进行进一步分解,是一种更为精细的时频分解方法,可实现对非稳定信号的时频分析.首先阐述了结构损伤的小波分析和小波包分析的基本理论,然后主要围绕小波包能量谱损伤指标,分别对其在结构损伤的定位、微小损伤识别、在线健康监测和预警、材料缺陷检测、数值积分计算误差消除等方面的试验研究和应用情况进行了全面介绍,最后指出了结构损伤识别的小波包分析方法需要进一步研究的问题.     

基于道路载荷谱的悬置螺栓台架试验研究

为了快速验证悬置螺栓失效,建立了基于实测悬置力载荷谱的台架加速流程。重新设计了内嵌三分力传感器的发动机悬置支架,准确测量了试验场道路悬置力载荷谱。为了实现台架加速,采用时域损伤编辑方法,去除了大量的低幅值、大循环的载荷,总损伤一致,压缩时间89.5%,缩减前后载荷频率、幅值、损伤特性没有改变,最终台架试验结果失效模式与路试一致。     

New methodology for determination of load spectra for the vehicle accelerated durability testing associated with the time correlated fatigue damage analysis method

The generation of valid and effective test spectra from proving ground recorded load spectra is critical for automotive durability testing. Traditional methods mostly based on spectrum damage were used to select load spectra. Statistical characteristics of load spectra were taken into account, and a new load spectra determination method based on a concatenation of a multi-section minimum standard deviation spectrum (CMSD) was proposed. The CMSD spectra were created and based on proving ground recorded load spectra. Fatigue damage analyses showed that the CMSD spectra approximated the mean damage spectra and were representative of proving ground load spectra. Subsequently, the CMSD spectra were edited by applying the time correlated fatigue damage (TCFD) analysis method to generate accelerated loading spectra. The spectra editing process of the TCFD was discussed in detail. Validation of the accelerated spectra was conducted from amplitude and frequency domains. The same fatigue damage and identical spectrum properties were retained in the accelerated spectra. A vehicle 4-post testing was finally conducted where the accelerated loading spectra were applied as the target spectra. Several fatigue fracture phenomena occurred during our test, which showed good agreement with the field test. Therefore, the load spectra determination method CMSD associated with the load spectra editing method TCFD were demonstrated reasonable and practical.     

Fatigue features extraction of road load time data using the S-transform

This paper presents the algorithm development of a new fatigue data editing technique using S-T approach. In general, the S-transform (S-T) is a time-frequency spectral localization method which performs a multi-resolution analysis on signal. This method represents a better time-frequency resolution especially for non-stationary signal analysis. This technique was developed to produce shortened fatigue data for fatigue durability testing. The S-T method was applied to detect the damaging events contained in the fatigue signals due to high S-T spectrum location. The damaging events were extracted from an original fatigue signal to produce the shortened edited signal which has equivalent fatigue damage. Three types of road load fatigue data were used for simulation purpose, pave track, highway and country road. In this study, an algorithm was developed, to detect the damaging events in the original fatigue signal. The algorithm can be used to extract the fatigue damaging events and these events were combined in order to produce a new edited signal which neglect the low amplitude cycles. The edited signal consists of the majority of the original fatigue damage in the shortened signal with 15–25% time reduction. Thus, it has been suggested that this shortened signal can then be used in the laboratory fatigue testing for the purpose of accelerated fatigue testing.     

基于多体动力学的车辆悬架控制臂载荷谱混合分布外推研究

试验场强化路载荷谱外推全寿命载荷谱是汽车构件疲劳耐久性能评判准确性的关键因素，针对参数法外推单分布估计的局限性，引入混合分布估计描述载荷谱多峰或复杂分布的综合特征。基于试验场强化路实车测试，应用多体动力学与有限元联合仿真，提取控制臂危险点应力谱；分别应用单分布和混合分布法解算应力谱拟合优度，以此为据选取应力谱最优均值、幅值概率密度并将应力谱循环外推至10⁶次，应用FKM平均应力修正法编制8级应力谱，依据Miner准则分别从载荷幅值分布、损伤分布以及总损伤量等方面对单分布与混合分布外推应力谱进行综合分析。研究结果表明：应用拟合优度能较好评估两分布对应力谱均、幅值拟合程度，混合分布拟合效果优于单分布，拟合优度均为98%，对应力谱分布特征描述更为精确，可为外推提供较真实的载荷分布概率密度，从而提高外推载荷谱精度；比较应用2种分布拟合的外推载荷谱，损伤分布趋势相近，中级载荷损伤占比高，单分布外推载荷谱总损伤量为6.3×10^-4，大于混合分布外推载荷谱总损伤为5×10^-4，寿命预测偏于保守，导致耐久性设计裕度较大，应用混合分布外推能提高耐久性评估与轻量化设计精度。     

路面铺装材料环道疲劳实验的动态实时测试与数据分析

在公路路面铺装材料环道疲劳实验上构筑了基于压电传感阵列的动态实时自动检测系统，获得了路面铺装材料在70万次连续碾压疲劳试验全过程的动态数据，探索了通过小波分析等数据分析方法，发现路面铺装材料疲劳，开裂，破坏等渐变过程的方法，其结果与人工肉眼判别的裂纹和损害情况基本吻合。     

基于短时傅里叶变换的岩石声波信号分析方法研究

针对岩石声波信号离散、非平稳，含有较多突变分量等特性，提出一种基于短时傅里叶变换的时频分析方法。通过合理选择窗函数、加窗长度以及窗移动步长，对岩石声波信号进行时频分析，提取相关声学参数。结果表明:短时傅里叶时频分析能很好地显示信号时域和频域局部特征，能够清楚地描述声学参数（频率、振幅等）变化。     

轮胎尺寸对汽车结构疲劳累积损伤影响研究

基于结构耐久试验工况,通过六分力设备与底盘杆系所采集的整车道路载荷谱,应用动力学载荷分解方法获得虚拟随机载荷谱,对车身结构进行应力分析和疲劳累积损伤计算。在底盘关键位置布置传感器,同时在车身结构中CAE疲劳分析所对应的5个高应力区粘贴应变片,先后采用3套不同尺寸参数(包括胎高和胎面宽度)的轮胎以相同的耐久工况(同一个试验场,试验路面及对应的速度相同)来进行实车载荷对比测试。针对车身结构载荷幅值、频域进行分析,并基于雨流循环计数对车身和底盘件进行疲劳累积损伤计算与分析。整车实际测试的结果表明,CAE所预测到的损伤(裂纹)位置及其里程数与路试结果相吻合;在同样使用条件下,轮胎内径越大,车身结构和汽车底盘的寿命越低,已经可进行量化对比。     

公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头的疲劳荷载

为评定公轨两用钢桁桥下层轨道横梁与焊接整体节点连接头在交通荷载作用下的疲劳损伤累积，对该细节在桥梁设计寿命内车辆荷载所产生的疲劳荷栽谱的计算方法进行了研究。在对桥梁的车辆荷载进行分析的基础上，参照各国相关规范，建立了代表桥梁设计寿命内真实运营状况的疲劳荷载模型，并通过全桥三雏有限元分析模拟计算该连接细节所承受的荷载历程。依据疲劳损伤累积理论，确定了公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头验证性疲劳试验的试验荷栽。结果表明：该连接细节的疲劳损伤荷载基本不受上层汽车的影响，主要取决于轻轨，可以通过直接将轻轨计算结果乘以一定的提高系数得出。     

复现试验场工况的转向拉杆室内加速疲劳试验

针对传统的转向拉杆台架疲劳试验,或者根据设计载荷来制定试验方案,或者对实测载荷根据设置经验门限值进行试探性的编辑,即对载荷历程进行线性强化或小幅值删除,如此来实现加速疲劳试验,显然获得的结果可信度较差。通过对采集到的真实载荷谱进行基于疲劳损伤的编辑浓缩,对小幅值循环的载荷进行可控过滤,达到了定量加速零部件疲劳试验的目的,获得更为可信和可靠的加速试验结果。