《高应力汽车板簧动态疲劳测试与寿命评估方法》

ICS43.040.50

CCST22

/CMEEEA

团体标准

T/CMEEEAXXXX—2025

高应力汽车板簧动态疲劳测试与寿命评估

方法

Dynamicfatiguetestandlifeevaluationmethodforhigh-stressautomobileleaf

spring

（征求意见稿）

2025-XX-XX发布2025-XX-XX实施

中国机电设备工程协会  发布

T/CMEEEAXXXX—2025

高应力汽车板簧动态疲劳测试与寿命评估方法

1范围

本文件规定了承受高应力工况（包括重载、高频振动及复杂路况交变载荷等）的汽车钢板弹簧（以

下简称“板簧”）的动态疲劳性能测试与寿命评估的试样要求、动态疲劳测试方法、寿命评估方法、试

验报告。

本文件适用于各类载货汽车、客车及特种车辆用多片簧、少片变截面簧等钢板弹簧在高应力工况下

的动态疲劳测试与寿命预测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法

GB/T10125人造气氛腐蚀试验盐雾试验

GB/T19844-2018钢板弹簧技术条件

JB/T7796弹簧拉压试验机

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

高应力板簧high-stressleafspring

在额定工作载荷作用下，危险截面的最大工作应力达到材料屈服强度的60%及以上，或在动态工况

下承受频率不小于10Hz、应力幅不小于材料疲劳极限50%的交变载荷的汽车钢板弹簧。

动态疲劳dynamicfatigue

板簧在周期性或随机性交变载荷作用下，材料内部微损伤不断萌生、扩展并累积，导致其力学性能

逐渐劣化，最终发生宏观失效的物理过程。

4试样要求

4.1.1试样制备

试样应从同一批次、同一工艺（包括轧制、热处理、喷丸强化等）生产的板簧产品中随机抽取。试

样的尺寸、形状及表面质量应与量产产品一致，不应存在裂纹、毛刺、凹陷、表面腐蚀及夹杂等缺陷。

4.1.2试样状态

试样状态应符合下列规定：

a)试样的热处理状态、喷丸强化工艺参数、表面涂层类型等应符合产品技术文件要求，并在试

验前详细记录；

b)试验前应采用磁粉探伤（针对铁磁性材料）或超声探伤方法对试样进行无损检测，检测结果

应符合GB/T19844-2018中第6章的规定；

c)试样在试验前应在标准环境条件（温度23℃±5℃，相对湿度45%～75%）下放置不少于4h，

使试样温度与环境温度一致；

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d)对于需要模拟高温、低温、腐蚀环境等特殊工况的试验，试样应在对应环境条件下预处理不

少于2h。

试验设备要求

4.2.1疲劳试验机

疲劳试验机应符合下列规定：

a)应采用电液伺服疲劳试验机，试验机的动态载荷测量精度应不低于±1%，位移测量精度应不

低于±0.01mm，符合JB/T7796的规定；

b)试验机应具备载荷控制、位移控制及应变控制三种模式，可实现正弦波、三角波、方波及自

定义载荷谱的加载，加载频率范围应覆盖5Hz～30Hz，且频率调节精度为±0.1Hz；

c)试验机的夹持装置应与板簧的安装形式匹配，夹持装置扭矩应符合装车要求，避免试验过程

中出现夹持松动或附加变形；

d)试验机应配备载荷与位移同步采集系统，数据采集频率应不低于加载频率的10倍。

4.2.2辅助设备

辅助设备应符合下列规定：

a)环境模拟设备：包括高低温试验箱（温度范围-40℃～150℃，控温精度±2℃）、盐雾试

验箱符合GB/T10125，用于模拟特殊环境工况；

b)无损检测设备：包括磁粉探伤仪（灵敏度不低于A型试片3级）、超声探伤仪（探测深度≥

200mm，分辨率≥0.1mm），用于试验过程中的缺陷监测；

c)刚度测量设备：包括静态万能试验机（量程0kN～500kN，精度±0.5%），用于试验前后板

簧刚度的测量；

d)数据处理系统：应具备载荷谱编辑、雨流计数、损伤计算及寿命预测功能，数据存储精度不

低于0.01%。

试验条件

试验条件应符合下列规定：

a)加载波形：根据试验目的选择，常规疲劳测试宜采用正弦波；模拟实车工况宜采用实测道路

谱或块谱（由不同应力幅的正弦波块组成）；

b)加载频率：应根据板簧的固有频率确定，避免发生共振（加载频率应避开板簧固有频率的±

20%范围），具体频率应在试验报告中注明；

c)环境温度：常温试验为23℃±5℃；高温试验温度应根据板簧实际工作温度确定，误差±2℃。

低温试验温度应不高于-20℃，误差±2℃；

d)载荷比（R）：即最小载荷与最大载荷的比值，应根据板簧实际工作载荷确定，常规测试推荐

R=0.1，特殊工况可按实车载荷情况调整；

e)加载精度：动态加载过程中，最大载荷波动应不超过设定值的±2%，载荷波形失真度应不超

过5%。

5动态疲劳测试方法

试验准备

5.1.1试样信息记录

详细记录试样的基本信息，包括产品型号、材料牌号、热处理工艺、喷丸参数、尺寸规格（长度、

宽度、厚度及变截面参数）、生产日期及批次号等，填写试样信息表（参见附录A）。

5.1.2试样预处理与检测

试样预处理与检测应符合下列规定：

a)采用游标卡尺（精度0.02mm）测量试样关键尺寸（如卷耳直径、变截面过渡处厚度），每个

尺寸测量3个位置，取平均值；

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b)采用静态万能试验机测量试样的初始刚度：施加0～80%额定载荷，加载速度5mm/min，重复

3次，取第3次的载荷-位移曲线计算刚度（刚度=载荷变化量/位移变化量）；

c)实验前应对板簧装配相关位置进行润滑；

d)采用无损检测设备对试样进行全面检测。

5.1.3设备调试

设备调试应符合下列规定：

a)安装试样：将试样固定在试验机夹持装置上，确保安装位置与实车一致（如卷耳轴线与加载

方向垂直），预紧力应符合产品技术要求，避免松动；

b)连接传感器：将载荷传感器、位移传感器与数据采集系统连接，进行零点校准；

c)模拟加载：施加5%～10%额定载荷的预载荷，循环3次，检查试验机运行是否平稳，载荷与位

移信号是否正常。

载荷谱编制

5.2.1编制原则

编制原则应符合下列规定：

a)实车载荷谱：应通过实车道路试验采集，采集车辆应选取与板簧匹配的车型，采集路况包括

高速公路、国道、山区道路及恶劣路况等，采集时间应覆盖一个完整的运营周期，采集频率

不低于100Hz；并应增加包括紧急制动、连续制动、坡道制动等典型刹车工况的采集场景；

b)模拟载荷谱：当无法采集实车载荷谱时，可采用典型工况模拟编制，应包含怠速振动、匀速

行驶、加速、制动及颠簸等特征工况，各工况的载荷幅值与循环次数应根据车辆使用统计数

据确定；

c)载荷谱简化：对于复杂的实车载荷谱，应采用雨流计数法进行简化，保留占总损伤90%以上的

载荷循环，去除无效小载荷循环（应力幅低于材料疲劳极限的10%）。

5.2.2编制流程

编制流程应符合下列规定：

a)数据采集：通过安装在板簧上的应变片或载荷传感器，采集实车行驶过程中的应力或载荷数

据；

b)数据预处理：对采集的原始数据进行滤波（去除高频噪声）、去漂移（修正基线偏移）及异

常值剔除（剔除因传感器故障导致的异常数据）；

c)雨流计数：采用雨流计数法对预处理后的载荷数据进行计数，得到不同应力幅对应的循环次

数，形成载荷谱矩阵；

d)载荷谱验证：将编制的载荷谱与实车采集数据的损伤值进行对比，误差应不超过±10%。

加载方式

5.3.1单轴加载

单轴加载应符合下列规定：

a)以垂向加载为主，加载方向与板簧实际工作时的受力方向一致，适用于常规疲劳测试；

b)加载过程中，应实时监测板簧的横向位移，当横向位移超过板簧宽度的10%时，应调整夹持装

置，避免附加弯矩过大；

c)加载过程中，应实时检测板簧夹持力矩，当超过限值时应复紧；

d)载荷控制模式下，应根据载荷谱设定最大载荷与最小载荷，确保载荷比稳定；位移控制模式

下，应根据刚度计算对应的载荷范围，避免载荷超限。

5.3.2多轴加载

多轴加载应符合下列规定：

a)当板簧实际工作中承受垂向与横向联合载荷时，应采用多轴加载方式，横向载荷与垂向载荷

的比值应根据实车数据确定，通常为1:5～1:10；其中刹车工况下的横向载荷，应基于实车制

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动系统参数及整车动力学特性确定，优先采用实车采集的刹车载荷数据，无实车数据时，应

计算理论刹车横向载荷：

b)多轴加载应采用协调控制技术，确保垂向与横向载荷同步施加，载荷相位差不超过±5°；针

对刹车工况，需模拟制动过程的载荷变化时序。

c)加载过程中，应采用三维位移传感器监测板簧的空间位移；刹车工况下需重点监测板簧卷耳

及吊耳连接处的横向变形量，当变形量超过设计允许值时，应暂停试验并检查夹持及加载系

统；

d)刹车载荷的循环次数应结合车辆实际运营工况设定；

e)多轴加载试验中，应单独记录刹车工况下的载荷-循环次数数据，以及刹车工况对板簧疲劳损

伤的贡献占比，该占比应纳入后续寿命评估的总损伤计算中。

试验过程控制

试验过程控制应符合下列规定：

a)启动试验机，按照编制的载荷谱进行加载，同时启动数据采集系统，实时记录载荷、位移、

循环次数及时间等数据；

b)试验过程中，每循环10000次应暂停加载，对试样进行外观检查，采用无损检测设备监测危

险截面是否出现裂纹；

c)试验过程中，应实时检测试验样件温度，如果超过150℃，应采取降温措施；

d)当出现以下情况时，应立即停止试验：试样出现可见裂纹（长度≥1mm）、刚度下降≥10%（与

初始刚度相比）、试样完全断裂；

e)记录试验停止时的循环次数，即为试样的疲劳寿命。

重复试验

重复试验应符合下列规定：

a)每一个试验工况下，试样数量应不少于3件，以确保试验结果的可靠性；

b)若某一试样的疲劳寿命与同工况下其他试样的平均寿命偏差超过±30%，应检查试样是否存在

初始缺陷或试验过程是否异常，若确认试验异常，应重新进行试验；

c)试验结果以同工况下所有有效试样疲劳寿命的算术平均值作为该工况下的板簧疲劳寿命，同

时计算标准差与变异系数，变异系数应不超过20%。

6寿命评估方法

基础数据准备

6.1.1S-N曲线测定

6.1.1.1采用与板簧同批次、同材质的标准试样，符合GB/T3075的规定，在电液伺服疲劳试验机上

进行不同应力幅下的疲劳试验，每个应力幅下试样数量不少于3件。

6.1.1.2以应力幅（S）为纵坐标，疲劳寿命（N）为横坐标，在双对数坐标纸上绘制S-N曲线，采用

最小二乘法进行拟合，得到公式（1）S-N曲线方程：

··················································(1)

�

式中：�=�·�

S——应力幅；

K——材料疲劳强度系数；

N——疲劳寿命；

m——为疲劳强度指数。

6.1.1.3对于高应力板簧，应确保S-N曲线覆盖应力幅范围包含板簧实际工作应力幅，试验循环次数

应至少达到106次。

6.1.2P-S-N曲线修正

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6.1.2.1为考虑疲劳寿命的分散性，宜采用P-S-N曲线（概率-应力-寿命曲线）进行寿命评估，选取

置信度P=95%、可靠度R=50%作为基准，或根据产品要求调整置信度与可靠度。

6.1.2.2P-S-N曲线方程为公式（2）：

··················································(1)

�

式中：�=��·�

S——应力幅；

KP——对应概率下的疲劳强度系数；

N——疲劳寿命；

m——为疲劳强度指数。

6.1.2.3可通过统计分析同材质试样的疲劳数据得到，其计算式为公式（3）：

·············································(2)

式中：��=�·1−�·��

KP——对应概率下的疲劳强度系数；

K——材料疲劳强度系数；

Z——正态分布分位数；

CV——为变异系数。

基于Miner线性累积损伤理论的评估方法

6.2.1基本原理

Miner线性累积损伤理论认为，板簧在变幅载荷作用下，各应力水平对应的损伤是独立累积的，当

总损伤达到1时，板簧发生疲劳失效。损伤累积按公式（4）所示：

·················································(1)

���

式中：�=1��=�

D——总损伤值，当D=1时，板簧发生失效；

ni——第i级应力幅对应的循环次数；

Ni——第i级应力幅下，由S-N曲线（或P-S-N曲线）确定的疲劳寿命；

n——载荷谱中的应力级别数量。

6.2.2评估步骤

评估具体步骤按下列执行：

a)载荷谱处理：采用雨流计数法对板簧的载荷谱进行计数，得到各应力幅Si对应的循环次数ni；

b)寿命查询：根据各应力幅Si，从S-N曲线(或P-S-N曲线)中查询对应的疲劳寿命Ni；

c)损伤计算：按公式（4）计算各应力级别的损伤值，并求和得到总损伤值D

d)寿命预测：若已知载荷谱的循环周期(如单位里程的循环次数)，则板的预测寿命计算公式为：

··················································(1)

1

式中：�=�×�0

L——板的预测寿命；

D——总损伤值；

L0——单位载荷谱对应的行驶里程。

安全系数修正

6.3.1为确保板簧在实际使用中的可靠性，应引入安全系数K，推荐K=1.2～2.0，具体取值根据车辆

类型和使用工况确定（载货汽车宜取1.5～2.0，客车宜取1.2～1.5）。

6.3.2修正后的疲劳寿命计算公式为公式（6）：

·····················································(1)

�

�=�5

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式中：

C——未修正的预测寿命；

L——板的预测寿命；

K——安全系数。

6.3.3安全系数的选取应