汽车试验场搓板路强化系数的研究_图文

1、 第11期周炜,等:汽车试验场搓板路强化系数的研究141称SWT方程,并考虑了平均应力的影响。疲劳寿命分析是基于PalmgrenMiner线性累积损伤法则(简称Miner法则,其形式简单、使用方便,在工程分析中应用广泛bj。1.1SmithWatson-Topper方程考虑平均应力对疲劳寿命影响的SWT方程:一2仃一e。=等(2f26+7f叮If(2Nf¨。,(1式中,口一为最大应力值;e。为对应的应变量;b为疲劳强度指数;C为疲劳延性指数;e7,为疲劳延性系数;盯7,为疲劳强度系数;2N,为载荷反向次数(也称失效的半周期数。(1f为载荷的周期数,即载荷循环的次数,以此来表达试验样件

2、的疲劳寿命;(2口。用以修正实际测试条件下的非零平均应力对样件疲劳过程的影响。如果应力和应变是从线弹性分析中得到,则需要经过Ginka能量密度法计算得到真实的应力和应变,才能应用到方程中。1.2PahngrenMiner线性累积损伤法则线性累积损伤法则基于如下假设:试样受交变载荷的作用产生变形,所吸收的能量达到极限值时产生疲劳破坏,且试样吸收的能量与交变载荷的循环次数成正比。例如,有一作用在试样上产生应变的应力叮,其实际循环次数为n,时,试样吸收的能量为形,其中_= l,2,则该假设可以表达为:形1耽形形i。i一2i“2丙j里一生里一旦f,、职一n2形、r一7式中,形为试样破坏前可吸收的总能量

3、;N为应力口作用时试样破坏前总循环数。因此,试样在某一应力和应变下的疲劳寿命可以用极限循环次数来表达。如果试样的加载历史由Z个不同的应力巩构成,各应力条件下的疲劳寿命为f,实际循环次数为n;,其中i=l,2,Z。根据线性叠加原理和线性累积损伤法则的假设,试样实际吸收的总能量为职,即作用于试样上产生应变的多个应力造成疲劳失效的总效果相当于每个应力作用效果的叠加,这就是线性累积损伤法则。可以得出:壹i=l詈=砉意,c3,厶形一鲁IV7试样疲劳损伤值的表达式可以定义为:D=rgi/S,(4当疲劳损伤值D=1时,试样吸收的累积能量职函达到极限值形,试样发生疲劳破坏3】。1.3强化系数的计算VIV,仿真

4、预测的疲劳寿命以循环次数表示,当仿真时间和速度不同时,相同的循环次数会得到不同的里程数,无法进行比较,可以根据公式(5换算成寿命里程,而且表达更为直观。L=N×移×t,(5式中,为循环次数;L为行使里程;影为仿真设定的速度;t为仿真设定的时间。采用试验场沥青路面替代普通城市路面进行强化系数的估算,设沥青路的强化系数为1,即汽车在沥青路面上进行可靠性试验视为与普通城市道路行驶等同4,则其他强化路面相对于沥青路面的强化系数可以表达为:K=瓦Nz=巧Ll,(6式中,f(循环次数、厶(行驶里程为样件在沥青路面试验的疲劳寿命;以(循环次数。L。(行驶里程为样件在其他强化路面试验的疲劳

5、寿命。2汽车在搓板路可靠性试验仿真2.1系统有限元建模与仿真根据汽车道路试验的特点,在不影响精度的前提下,系统建模的重点主要包括车身的结构、行驶系统等;在驾驶员与副驾驶员位置、前后车门、行李箱等部位施加了集中质量载荷5。仿真系统有限元模型如图1所示。图1轿车一搓板路系统的有限元模型隐.1FE model for carwashlxald road system 第11期周炜,等:汽车试验场搓板路强化系数的研究143试验样车在沥青路上行驶的主要零部件疲劳寿命曲线,如图5所示。餐匪寸2×乏电豫轻谍蛞匿色一×窆奄搬取髅v'=50km/h(a沥青路v=50km/h v=70

6、km/h(b搓板路图3前地板疲劳寿命云图Fig.3Fatigue life contour of front floor panel图4沥青路面轿车零部件的疲劳寿命Fig.3Car componentsfatigue liveson asphalt pavement图5搓板路面轿车零部件的疲劳寿命Fig.5Car componentsfatigue liveson washbm road图4和图5曲线对比可以看出,搓板路面试验具有明显的强化作用,随车速的增加,存在最佳强化的速度范围,本例为50km/h时试验车辆及其主要零部件的疲劳寿命最小。3.2强化系数和强化曲线强化系数也称为快速系数,其反映强化试验相对于基准条件下的强弱程度i10。仿真得到疲劳寿命通过公式(4计算搓板路强化系数,不同车速下的强化系数为强化曲线,试验样车主要零部件搓板路强化曲线,如图6所示。|:|菠03040506070行驶速度/(kmh.I图6搓板路强化曲线ng.6Enhancement curve of washlx,axd mad 从图6可以看出,汽车在搓板路上进行可靠性强化试验有一定的规律性:第一、搓板路面对车辆不同部位的强化系数不同;第二、随速度的增加,强化系数先增大后减小,存在强化程度的最大值。在实际试验过程中,搓板路试验循环多次反复,很难保证相同的试验速度;