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原创丨结构零部件疲劳试验常用方法

  一辆整车需要是由大量的结构件组成,这些结构或者焊接或者螺栓连接在一起组成整车结构,他们承载着地面传递过来的随机载荷或者内部动力系统传递过来的随机载荷,理论上来说所有这些结构经过一定长的时间都会疲劳失效。

  因为我们的产品在定版之前都要进行一系列的分析与试验,来确保这个零部件或者系统部件能达到一定的寿命要求,当然了系统级别的寿命要求的长要远低于零部件级别的寿命要求。

  如果我们把众多的结构件按照受力形式区分有承载式结构件,也有非承载是结构件。这里介绍的是承载式结构件的常见疲劳试验方法,也是行业里比较主流的试验方法。但是这里的试验方法和所谓某些标准不是一回事,企业可以按照某些标准去评价某些零部件,但是这里是抛开某些标准后单独设计的零部件试验方法,先介绍下具体试验方法(不具体到具体的结构件),后期再通过具体案例描述疲劳试验设计过程。

  先给大家介绍一句工程界的名言:“工程是一种近似对而不是完全错的艺术” --英国Sheffield 大学Rod A. Smith 教授 1990

  顾名思义,这种试验方法在整个验证过程中幅值是恒定的,当然有可能幅值会根据试验试验阶段作出增大的调整,这种试验方法是不考虑频率大小对试验结果的影响的,理论上只要你的疲劳试验作动器伺服阀流量足够,试验夹具刚度足够大,可以任意提高频率,当然极端情况下,加载频率和结构件的固有频率一致,对结构的验证就更苛刻了,但是也要注意在实际道路载荷中是否已经避开这个频率范围了,如果已经避开了,加载频率就没必要和固有频率一致了。

  剩下的决定定幅加载的因素就是加载幅度和R值了,这里的加载幅度是正弦波的最大值减去最小值,R值的最小值比最大值,R值可参考实际载荷中的动载系数,幅值大小也得详细参考实测数据的大小,具体定义加载最大最小幅值的时候是否比实测信号小,还是比实测信号略大,都是要具体问题具体分析的,当然还有取决于领导对试验的结束时间要求和试验费用计算方式,综合很多因素定义一个最理想的加载幅度。

  上图就是按照程序块进行加载的疲劳试验,如果我们阅读中国知网里的论文,你会发现里边关于程序块的研究有很多种,有各种各样的加载顺序,每种加载顺序都有人进行了对应研究,我的结论是针对多种不同的特定加载顺序,可能适合不同厂家不同的试验样件,只要你们试验中的失效形式和整车在用户那的失效形式一致,而且至少体现出加速的短时间内验证完的,这个特定的加载顺序就适合你,其它企业盲目照搬也是很有可能不行的,因为照搬的只是一种加载结果,这种加载结果制定背后的大量故事是照搬不了的。这种程序块加载的疲劳试验相当于将定幅加载疲劳试验分解成很多级别的定幅加载疲劳试验,只是按照一定的顺序表现出来罢了。

  如果针对一个全新的结构件去设计程序块按照什么顺序怎么定义块谱的大小,需要试验人员具备深厚的疲劳理论功底才能有效地设计出来,其验证效果对很多类型的结构件来说要比定幅加载好;

  针对结构零部件级别的样件应用这种加载方法,是近些年来一种近来新兴的模拟时域数据的方式进行加载,这就要求传统试验室也要有相应的软件升级,这种验证方式几乎和用户实际使用一致,也是最准确的一种,尤其是针对焊接结构件,加载模拟的实测数据要比加载定幅和按照一定顺序的程序块要准确多了,这里的准确也是相对的准确。

  这种方法应用之前要有实测数据,也不是随便到试验场跑一下就可以的,前期需要做好试验场与用户使用的关联,即建立好的采集方案采集一个循环下折算某一个时间等够覆盖市场上多大比例的用户是使用,需要引入相关概率分布模型,这里不进行关联性介绍。

  首先需要采集力信号或者应变信号,需要前期将待测部分从整车拆卸下来,粘贴应变片,台架上进行力信号的标定,或者具备直接安装力传感器,然后到试验场采集载荷数据。

  当我们拿到道路载荷数据要经过一定的预处理,想去毛刺去漂移,根据台架需求进行相应的重采样和滤波,然后在简单的校验数据的有效性,检查对称数据的时域,频域,幅值域和雨流域是否表现出了相似的特征。

  虽然是模拟实际道路数据,虽然是在试验场的强化路面是采集的实际道路数据,但是搬到试验室里还是要进行再次加速的,否则在试验室进行的试验就是相当于在试验室跑试验场了,体现不出试验室的加速试验优势。针对这个需求,需要删除小信号的操作,让实测的道路信号更加科学合理的浓缩,然后利用升级好的软件将此浓缩信号在试验台上模拟出来后去执行耐久性试验。

  综上所述,这里介绍的是行业里比较经典的结构零部件加载方式,都是试验室里加速的疲劳耐久性试验。但是所有的试验方法都是上面英国大学教授说的那样都是近似对不完全的东西,相对比较来说,道路模拟疲劳试验方法要优于程序块的加载试验方法,而程序块的加载试验方法要优于定幅加载疲劳试验方法,但是越优越的方法需要的试验启动前的工作量就越大,而且做结构疲劳试验最好不要参考所谓的某些知名企业标准,因为他们的标准不了解我们,我们也不了解标准的背后,要善于开发新的试验方法,做一个经受的住质疑的改革者。

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