基于疲劳损伤理论的汽车耐久性试验强化系数研究

摘要

耐久性试验是汽车产品开发过程中综合质量考核的重要环节，采用强化试验（试验场耐久性试验和室内道路模拟试验）可以缩短试验周期、降低试验费用。作为衡量试验强化程度的强化系数，其研究和计算是制定耐久性强化试验规范的重要工作。
　　本文以某重型卡车的车架为研究对象，基于疲劳损伤累积理论，对强化系数的计算方法进行系统的研究，为汽车耐久性强化试验规范的制订提供理论依据和技术支持。本文的主要内容如下:
　　介绍了汽车耐久性的定义、汽车耐久性试验的发展历程和主要试验方法;阐述了汽车耐久性试验强化系数的研究现状及存在的主要问题。
　　介绍了构件疲劳的定义、构件疲劳破坏的特点以及三种常用的疲劳特性曲线（S-N曲线）的表达式;为了预测汽车构件在复杂随机载荷时间历程下的疲劳寿命，引入修正的Miner线性疲劳损伤累积理论，基于修正的Miner法则，分别建立了汽车在单一道路和组合道路的耐久性试验强化系数的数学模型，提出了计算强化系数所需的基本参数。
　　根据某重型卡车的用户调查结果，结合安徽定远汽车试验场的可靠性试验规范，确定了载荷谱采集方案。采用LMS-SCADASⅢ动态信号数据采集系统，在定远试验场内和场外进行载荷谱的采集，对所采集的振动响应信号进行剔除毛刺点、消除漂移项、傅里叶滤波等预处理工作，利用轮次检验法对预处理后的载荷谱进行平稳性检验。
　　利用LMS.TECWARER软件对预处理后的载荷时间历程进行雨流计数，针对计数结果中存在的非对称应变循环，利用Goodman疲劳经验公式完成从非对称循环到对称循环的等效转换，得到了对称应力循环（均值为零）幅值和频次之间的关系，为强化系数数学模型的应用奠定了基础。
　　为了确定车架的S-N曲线，对其所用材料16Mn钢的S-N曲线进行修正，根据已建立的强化系数的数学模型，结合载荷时间历程的雨流计数结果和车架的S-N曲线，通过计算得到了基于MTS四立柱道路模拟机的室内强化试验四个测点X方向以及某测点三个方向的强化系数。最后对强化系数的计算结果进行分析，总结了影响强化系数的主要因素，为进一步研究和应用本文建立的汽车耐久性试验强化系数的数学模型奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 汽车耐久性概述

1．2 汽车耐久性强化试验强化系数的研究现状

1．3 本文的研究意义和主要研究内容

第二章 基于疲劳损伤理论的强化系数数学模型

2．1 疲劳的基本理论

2．1．1 疲劳的定义

2．1．2 疲劳特性曲线

2．2 疲劳损伤累积理论

2．2．1 疲劳损伤累积理论发展概述

2．2．2 Miner线性疲劳损伤累积理论

2．3 强化系数数学模型

2．3．1 强化系数的基本数学模型

2．3．2 组合道路强化系数的数学模型

2．4 本章小结

第三章 应变时间历程的采集

3．1 应变时间历程采集的基本理论

3．1．1 应变时间历程的定义

3．1．2 电阻应变传感器

3．1．3 采样频率的确定原则

3．2 应变时间历程的采集

3．2．1 试验车辆的选取

3．2．2 应变片的选择与布置

3．2．3 采样频率的选择

3．2．4 路面的选择

3．2．5 采集设备及设置

3．3 应变时间历程采集结果

3．4 本章小结

第四章 应变时间历程的预处理

4．1 毛刺信号的判别与剔除

4．1．1 毛刺信号的特点

4．1．2 毛刺信号的判别和处理

4．2 漂移的消除

4．3 信号的傅里叶低通滤波

4．4 试验数据的平稳性检验

4．5 本章小结

第五章 应变时间历程的雨流计数

5．1 计数法概述

5．2 雨流计数法

5．2．1 雨流计数法的基本原理

5．2．2 三峰谷雨流计数模型

5．2．3 四峰谷雨流计数法

5．3 试验数据的雨流计数实例

5．4 非对称循环的等效转换

5．5 本章小结

第六章 强化系数数学模型的应用

6．1 构件S-N曲线的估算

6．1．1 构件S-N曲线估算的基本理论

6．1．2 试验车辆车架疲劳性能曲线的估算

6．2 强化系数数学模型的应用及影响因素

6．2．1 强化系数数学模型的应用

6．2．2 强化系数的影响因素

6．2．3 构件材料对强化系数的影响分析

6．3 本章小结

第七章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加项目与发表的学术论文