4-零部件疲劳试验.ppt

,程序载荷疲劳试验,目录,程序疲劳试验方法,零部件程序载荷疲劳试验开发疲劳耐久试验策略,程序疲劳试验方法,道路载荷数据采集：,驾驶习惯、随机因素的影响:n名司机、每一子规范m次重,复采集每一子规范共n*m个载荷样本。,程序疲劳试验方法,计算每个子规范一个循环样本载荷的雨流矩阵：,对每个子规范一个循环样本载荷的共n*m个R-M雨流矩阵按百分位,扩展（似然分析）并选定分位；,程序疲劳试验方法,根据各子规范的循环次数，将,（选定分位）一个循环的雨流矩阵扩展、外推到母体（对于来自试车场道路采集的载荷可以直接乘以循环次数）；,程序疲劳试验方法,将各个子规范的雨流矩阵进行叠加，得到耐久试验总规范载荷雨流,矩阵，并根据材料/零件的S-N曲线计算:总载荷雨流矩阵中每一元素的疲劳损伤;计算每一元素1次循环的疲劳损伤;,程序疲劳试验方法,产生载荷谱：,1、循环特性R=-1（不考虑均值影响）：沿Range轴对损伤求和。,损伤矩阵,1）多级载荷谱：根据S-N曲线将各Range所对应的总损伤折算成与Range相应的循环次数;,程序疲劳试验方法,2）单级载荷谱：,a.规定总的循环次数，根据S-N曲线将各Range的损伤总和折算到相应的Range。,b.根据技术要求选定试验载荷Range，根据S-N曲线将各Range的损伤总和折算成对应于选定Range的循环次数。,程序疲劳试验方法,2、任意循环特性（考虑实际均值的影响）：,1）多级载荷谱：在损伤矩阵中选定多个元素（Mean、Range）作为试验载荷、同时规定总的循环次数，将其余元素的损伤折算到选定的各个元素上并保证总次数满足规定要求；,程序疲劳试验方法,2）单级载荷谱：,a.根据技术要求在损伤矩阵中选定一个元素（Mean、Range）作为试验载荷，并计算其一次循环损伤，将损伤总和折算成对应于选定试验载荷的循环次数。,例：选定（Mean=1000N,Range=8000N）为试验载荷，则：,一次循环的损伤等于：2.9E-2/1000=2.9E-5,将总损伤折算到试验载荷，形影的总循环次数为：9.3E-1/2.9E-5=31730,程序疲劳试验方法,b.规定总的循环次数，将损伤总和折算到相应的元素上并保证总次数满足规,定要求；,例：选择试验总循环次数为：100000则：,零部件程序载荷疲劳试验开发后桥刹车载荷疲劳试验：1、刹车工况后桥受力及最大设计技术要求：前进刹车：FRF(a/g)WR(a/g)(WH/L)倒车刹车：FRR(a/g)WR(a/g)(WH/L),技术参数WWRHLr制动减速度amaxFRFFRR,量值2562128064030893410.80.567107578,单位kgkgmmmmmmgNN,说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度前后轴距车轮滚动半径前进倒车前进刹车后轮接地面制动反力倒车刹车后轮接地面制动反力,零部件程序载荷疲劳试验开发,2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的刹车力矩得到后桥总刹车力矩My:My=LR_My+RR_My,LR_MyRR_My,LR_My+RR_My,零部件程序载荷疲劳试验开发,3、将道路采集的各子规范后桥总刹车力矩转化成车轮接地面上的总纵向力Fx总刹车力矩除以车轮滚动半径(Fx=My/r)并统计总体极值。可以看出道路采集载荷的总体极值小于最大设计载荷。,刹车力,刹车力矩,零部件程序载荷疲劳试验开发4、利用SN曲线，计算各子规范测量车轮接地面上的总纵向力对后桥的损伤强度d。可以看出超过99%的损伤来自Test_M01，Test_M03，Test_M07，Test_M10贡献。应力集中系数Kf=2，SN曲线截距C=16，SN曲线斜率b=0.2dKf*(Range/C)(1/b),子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12,损伤强度/循环0.7428479780.001126261.0853145440.00179980.0099863210.0006181861.8416930880.0008165190.0001120720.069341940.0095561540.002810221,运行次数800200200500300202002002002200250100,累计损伤强度5.943E+022.253E012.171E+028.999E012.996E+001.236E023.683E+021.633E012.241E021.526E+022.389E+002.810E01,累计百分比损伤强度44.4%0.0%16.2%0.1%0.2%0.0%27.5%0.0%0.0%11.4%0.2%0.0%,累计总损伤强度：1.339E+3,(1/b),零部件程序载荷疲劳试验开发,5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次前进刹车和倒车刹车车轮接地面纵向力对后桥的损伤强度，并按照前进刹车和道车刹车10:1，折算出对应于测量累计总损伤强度的前进和倒车刹车循环次数。,应力集中系数Kf=2，SN曲线截距C=16，SN曲线斜率b=0.2dKf*(Range/C),零部件程序载荷疲劳试验开发,6、按照耐久试验规范计算道路试验的总载荷雨流矩阵，比较对应于FRF、FRF的测量和计算循环次数。,前进刹车倒车刹车,零部件程序载荷疲劳试验开发,7、后桥刹车载荷疲劳试验台,作动器,试验台架,W,R,g,零部件程序载荷疲劳试验开发后桥侧向载荷疲劳试验：1、后桥侧向受力及最大设计载荷技术要求：悬架压缩时侧向载荷：,FIa2悬架伸张时侧向载荷：,W,RT,H,),F,O,W,2,R,a,W,RT,H,技术参数WWRHTr加速度amax摩擦系数FIFO,量值2562128064015903410.80.80.782491563,单位kgkgmmmmmmNN,说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度后轮距车轮滚动半径侧向加速度InboardOutboard悬架压缩时后轮接地面侧向反力悬架压缩时后轮接地面侧向反力,零部件程序载荷疲劳试验开发,2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的侧向力得到后桥总侧向力Fy:Fy=LR_Fy+RR_Fy,LR_FyRR_Fy,LR_Fy+RR_Fy,零部件程序载荷疲劳试验开发,3、统计道路采集的各子规范后桥平均侧向力总体极值并于最大设计侧向载荷比较可以看出道路采集载荷的总体极值小于最大设计载荷。,4,零部件程序载荷疲劳试验开发4、利用SN曲线，计算各子规范测量平均侧向力对后桥的等损伤强度。可以看出接近99%的损伤来自Test_M04，Test_M06，Test_M7，Test_M10，Test_M12，贡献。应力集中系数Kf=2，SN曲线截距C=16，SN曲线斜率b=0.2dKf*(Range/C)(1/b),子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12,损伤强度/循环0.0028448072.992E038.010E042.590E023.314E033.898E013.206E012.286E021.008E023.204E016.962E041.088E01,运行次数800200200500300202002002200250100,累计损伤强度2.276E+005.983E011.602E011.295E+019.943E017.796E+006.412E+014.573E+004.030E027.048E+021.740E011.088E+01,累计百分比损伤强度0.3%0.1%0.0%1.6%0.1%1.0%7.9%0.6%0.0%87.1%0.0%1.3%,累计总损伤强度：8.094E+2,零部件程序载荷疲劳试验开发5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次从压缩到伸张过程的侧向力循环对后桥的损伤强度，折算出对应于测量累计总损伤强度循环次数。应力集中系数Kf=2，SN曲线截距C=16，SN曲线斜率b=0.2dKf*(Range/C)(1/b),悬架压缩时后轮接地面侧向反力：08.25kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：01.56kN:,Range=9.81kN,一次循环的损伤强度:d=0.173291等效于累计总损伤强度的循环次数:N=4671减小载荷增加循环次数65%Range,悬架压缩时后轮接地面侧向反力：08.25kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：01.56kN:,Range=6.38kN,一次循环的损伤强度:d=0.173291等效于累计总损伤强度的循环次数:N=40256,零部件程序载荷疲劳试验开发,6、按照耐久试验规范计算道路试验的平均侧向载荷雨流矩阵，比较对应于Range=9.81kN的测量和计算循环次数。,Force(N),Force(N),Time(sec.),零部件程序载荷疲劳试验开发7、后桥侧向载荷疲劳试验台,LR_Fy7000400010002000,左后载荷谱（LR_Fy）,RR_Fy,0,0.2,0.4,0.6,0.811.21.41.61.8右后载荷谱（RR_Fy）,2,2.2,2.4,2.6,2.8,3,0300060009000,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,1.2,1.4,1.6,1.8,2,2.2,2.4,2.6,2.8,3,Time(sec.),疲劳耐久试验策略,产品可靠性要求：,规定条件：确定载荷强度-选择试验规范（载荷、温度、,压力、振动/冲击、腐蚀）；,规定时间：可靠性寿命（时间、里程)、置信水平,（样本数、寿命循环数）；,规定功能：失效判据、失效等级。,发生频率（%）,用,户,数,量,疲劳耐久试验策略规定试验条件-确定试验规范（载荷）：1、等效不同的用户使用；2、满足不同的可靠度要求。不同的车辆使用、试验强度80%,60%40%,Tier_1Tier_2Tier_3PGTest,GLOBAL20%,0%,0,2,4,6,8使用强度,10,12,14,16,严重度,MicrosoftExcelWorksheet,疲劳耐久试验策略,可靠性寿命,可靠度：,在规定的条件和时间，产品可能完成规定功能（可靠,的-存活），也可能完不成规定功能（不可靠的-失效）。可靠度是产品在规定条件，规定时间内，完成规定功能的概率。,可靠度评价指标，根据系统可靠性理论：,对于结构疲劳试验，按照可靠度要求由高到低为：整车、,系统/子系统、部件（即：VTSSSTSCTS）。,零,件,寿,命,分,布,乘,员,重,量,分,布,T,MicrosoftWord,Document,疲劳耐久试验策略可靠度统计计算：由于可靠度是一个概率的描述，因此试验应当包含一定量的试验样本/品数。计算的方法通常为：运行试验并取得试验寿命数据；,根据寿命数据判断其符合的概率分布规律；,歪斜/长尾,钟型/对称,用数理统计的方法计算分布参数，并给出寿命-概率结果。对汽车结构疲劳寿命试验结果分析，最常用的是2参数威,布尔分布：,F(t)1e,(,),根据分布规律和试验数据获取分布参数得过程称为参数估计，最常用的常用的方法有MLE法、秩回归法等。,疲劳耐久试验策略,可靠度与统计置信水平,置信水平/置信度是针对被试零件，在给定样本数N的前提下，对样品（零件）按照规定的广义载荷f进行试验时所能观察到该零件实效的可能性（或几率）、或者说针对该零件其故障出现的可能性（或几率），用概率来描述。,当样本数为1时，置信度就等于该零件的失效概率F、或1R,（R是该零件/系统的可靠度）。,对于高可靠度（失效率很低）的零件，当样本数很小时，故障很可能观察不到（或根本不发生），因此估计得可靠度就具有一定的不确定性。,疲劳耐久试验策略置信度-试验样本数、试验周期确定：确定样本数量：如何让故障充分暴露（提高观察几率），基本的方法是增加样本数。对于一个可靠度为R（R1），失效率为F=1-R的特定零件M。根据上述置信度的意义，试验样本数和置信度之间的关系可以通过系统可靠度方法得到。当样本数等于1时，试验系统相当于图1，其可靠度为R，失效率、为F，相应的置信度等于C。,f,M图1,当样本数等于N时，由于我们对于N各样品进行的是完全相同（试验载荷）试验，并且各个样品试验之间互相独立。因此对N个样品的试验就等同于图2的由N各样品组成的的串联试验系统。,2,N,N,s,N,-,疲劳耐久试验策略,f,M,M,M,共N个图2根据串联系统可靠度计算方法，系统可靠度为：,RsP(M1M,.M,)P(M1)P(M2)P(M,)RN,系统失效率，即置信度为：,CF,1R可靠性试验样本数可靠-置信度.xls,1R,疲劳耐久试验策略,确定试验周期,可以看出为了在产品开发中充分暴露问题，需要的样本数会急剧增加。比如为了以50%置信度观察到可靠度为95%的一般部件的失效，需要对14个样品进行试验；对于关键部件当可靠度为99%时，需要对69个样品进行试验。如果适当提高置信度则需要的样本数量更大。更何况为了改进，通常都需要进行不止一轮的试验验证。对于产品开发过程中的试制样品无疑代价是巨大的。而这些问题如果没有在开发阶段充分暴露，将会带来潜在的售后成本。另一个提高置信度的方法是扩展试验周期。,1,n,tt,t,t,T,1,n,N,1,可性验本-,可-置度,靠试样数,靠信.xls,疲劳耐久试验策略根据可靠度、置信度和样本数关系：,R(t)n1C,Log(R(t),Log(1C),样品寿命符合2参数威布尔分布：()()F(t)1eR(t)1F(t)eLog(R(t)()如果对于同一样品我们分别采用两组不同样本数n和N进行试验验证，为了获得相同的置信度C，对其寿命要求（REP)规定为t和T由此得到：,Log(R(t),Log(1C)(),Log(R(T),Log(1C)(),从而得到：,nN,(,Tt,),or,Tt,nN,可以看出，为了取得相同的置信度，增加样本数和延长试验里程能取得相同的效果。根据经验对取值，通常（无经验数据）取1.5,疲劳耐久试验策略,可靠性评价-给定置信水平的可靠性寿命：,部件结构疲劳可靠度评价指标（REP）为，在规定载荷,下：,可靠性寿命：50%置信度下，给定的存活率寿命不低于规,定的寿命循环次数。比如：,R10C50（或B10C50）寿命200000cycles寿命分布：两个给定的存活率寿命之比不大于规定值。比,如：,B10C50/B90C501/3,MicrosoftExcel,工作表,1,2,疲劳耐久试验策略失效判据和故障分类:1、失效判据：,序号,零件/系统发动机部件1)性能2)机械部件（曲轴，活塞，阀，连杆，等）3)机油损耗4)发动机压力,判据无异常下降无裂纹和超标磨损最大ng/100km符合设计要求,驱动系统部件无裂纹,1)变速箱总体2)离合器踏板力噪声磨损3)连接件换档力,无故障/不失灵无噪声超标无异常增加无噪声超标无故障/不失灵无故障/不失灵,3,4,疲劳耐久试验策略,序号,零件/系统基本结构1)车身面板焊点点焊CO2焊2)密封件运动部件（发动机舱盖/门/行李箱盖）1)间隙/接合缝高差发动机舱挡泥板TrunkxSideOTRPanel门柱2)铰链部件,判据无超标裂纹不贯通和分离无裂纹和分离无灰尘浸入车底密封件不产生裂纹无裂纹，松动，变形，配合变坏和局部油漆损坏无超标间隙无裂纹无超标噪声,5,6,7,8,9,疲劳耐久试验