考虑低载荷强化效应的汽车转向节疲劳分析

本文中基于试验场强化道路实车测试,结合零部件有限元动力学仿真和疲劳耐久性能仿真,探求考虑小载荷强化效应与Miner准则两种疲劳分析方法对汽车零部件疲劳寿命预测的差异性。通过室内实车振动测试与有限元仿真联合分析,确定前转向节疲劳损伤危险点(即路试应变监测点);提取试验场强化道路实测应变监测点应变时间历程,经过预处理、时域加速、雨流矩阵外推和载荷谱分级得到10级等效应力谱。结合低载荷强化理论和线性累积损伤理论对10级等效应力谱的疲劳效应和损伤效应进行分析,相对于传统Miner准则而言,考虑了小载荷强化效应使构件在加载过程中疲劳极限呈现上升规律,进而需要修正构件S-N曲线(简化),较初始S-N曲线向上偏移,基于修正后构件S-N曲线并应用线性疲劳损伤累积理论预估的转向节疲劳寿命较Miner准则提高了40.6%。此种方法考虑了材料强化行为的影响,一定程度上弥补了Miner理论未考虑各级载荷间相互影响和材料硬化瞬态行为影响的缺陷,对实际零部件疲劳寿命估计与轻量化设计提供新的参考。     

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。     

基于S变换的汽车零部件疲劳载荷谱编辑法研究

小波变换和短时傅里叶变换为频域载荷谱编辑方法的主要分析工具,小波变换法分解函数及分解层数难确定和短时傅里叶变换法窗宽固定的缺陷,导致对随机载荷的分析结果存在偏差,影响载荷编辑质量。为解决此问题,基于S变换基本理论,探索S变换在载荷加速编辑领域的应用,对试验场采集的应变信号进行S变换分析提取最大幅值谱,并以此为依据提取轮心六分力信号中的损伤载荷获取加速谱。将S变换、损伤保留、小波变换和短时傅里叶变换加速谱从载荷压缩量、损伤保留比例、功率谱密度、统计参数、穿级计数和疲劳仿真等方面进行对比分析。研究结果表明：基于S变换最大幅值谱可准确识别原始信号中的小损伤载荷;保留相同损伤保留量前提下,S变换加速谱的压缩效率最高且统计参数误差最小;S变换编辑法可将原始载荷时间压缩46.67%,同时加速谱的疲劳分析误差仅为2.2%,可获得与原始载荷相同的分析结果;S变换编辑法在疲劳分析效率和分析精度方面优于损伤保留、小波变换和短时傅里叶变换编辑法;该方法适用于汽车零部件疲劳耐久性分析。