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基于实测载荷谱的某全域车悬架下控制臂疲劳寿命研究
邹喜红;苟林林;傅雷;刘俚彤;袁冬梅;凌龙
【期刊名称】《兵器装备工程学报》
【年(卷),期】2022(43)7
【摘要】基于实测力信号载荷谱研究了某全域车悬架下控制臂疲劳寿命问题。
建立下控制臂有限元模型,并通过模态试验证实了有限元模型的有效性。
基于某全域车道路载荷谱采集试验,获得了悬架下控制臂力载荷信号,并对信号进行处理及分析,验证了力载荷信号的可靠性。
以某全域车实际运行工况建立下控制臂边界约束,以实测力载荷信号为输入对其进行动力学仿真分析。
综合动力学分析结果中的应力应变信号、修正后的局部应力应变法及兰德格拉夫损伤准则进行悬架下控制臂疲劳寿命计算,结果表明:某全域车悬架下控制臂总寿命为3.562×10^(5)km,符合设计要求,基于实际行驶载荷谱能够较为准确预估实际行驶疲劳寿命。
【总页数】8页(P301-308)
【作者】邹喜红;苟林林;傅雷;刘俚彤;袁冬梅;凌龙
【作者单位】重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室;重庆嘉陵全域机动车辆有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TJ811;U467.3
【相关文献】
1.基于实测载荷谱的C80车体疲劳寿命评估
2.基于加强板实测载荷谱的疲劳寿命估算∗
3.实测载荷驱动下挖掘机动臂的疲劳寿命研究
4.基于实测载荷谱的双叉臂悬架下摆臂疲劳寿命预测
5.基于实测载荷谱的电动汽车减速器齿轮疲劳寿命预测
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•引言•实测载荷数据处理•转向架构架疲劳试验载荷谱建立目•疲劳试验载荷谱分析•结论与展望录研究目的和意义回顾现有研究在实测载荷下进行转向架构架疲劳试验方面的研究现状。
提出当前研究中存在的问题和不足。
介绍转向架构架在轨道交通领域的应用和重要性。
详细描述本研究的研究方法和实施流程。
介绍数据采集和处理方法，包括载荷数据的采集和处理、信号处理等。
阐述基于实测载荷的转向架构架疲劳试验的实现方法和具体操作流程。
采集位置在列车运行过程中，每隔一段时间或按照特定的行驶模式进行数据采集。
采集时间数据存储实测载荷数据采集数据清洗数据转换数据归纳030201实测载荷数据处理方法趋势分析疲劳试验载荷谱制定特征提取数据处理结果03利用有限元分析方法01基于实测载荷数据02理论计算与实测数据结合建立方法数据采集和处理载荷时间历程载荷统计和处理建立载荷谱建立过程确定载荷边界条件验证试验有效性载荷谱结果平均应力交变应力最大应力载荷谱特征分析局部应力集中找出应力集中的部位，这些部位可能存在应力腐蚀或疲劳裂纹萌生的风险。
高应力区域识别承受高应力的关键部位，这些区域可能对构架的疲劳寿命产生较大影响。
关键连接部位分析连接部位的受力情况，确保这些部位在运行过程中保持稳定和可靠。
关键部位识别基于实测载荷的预测利用实测载荷数据，通过疲劳寿命预测模型估算构架的疲劳寿命。
基于应力-寿命曲线利用已知的应力-寿命曲线，根据分析得到的应力水平评估构架的疲劳寿命。
考虑多种影响因素考虑其他影响因素如材料性能、制造工艺、运行环境等对构架疲劳寿命的影响。
疲劳寿命预测数据分析疲劳试验设计实测载荷数据的获取研究结论研究不足与展望数据处理方法01试验条件02载荷谱适用性031 2 3转向架构架的疲劳寿命预测车辆运行安全性评估新型转向架构架研发工程应用前景。
基于虚拟载荷谱的车桥结构疲劳寿命估算
基于虚拟载荷谱的车桥结构疲劳寿命估算是一种利用虚拟载荷谱技术来估算车桥结构疲劳寿命的方法。
具体步骤如下：
1. 获取车桥结构在实际使用中的载荷谱数据，例如通过在车桥结构上安装传感器或利用实际交通流量数据来获取。
2. 利用虚拟载荷谱技术，根据获取到的载荷谱数据，生成虚拟载荷谱。
3. 将生成的虚拟载荷谱加载到车桥结构的有限元模型上，利用有限元分析软件进行疲劳分析。
4. 根据疲劳分析结果，估算车桥结构的疲劳寿命，并给出相应的疲劳损伤和寿命评估报告。
需要注意的是，基于虚拟载荷谱的车桥结构疲劳寿命估算方法需要依赖于准确的载荷谱数据和虚拟载荷谱技术，同时还需要考虑到车桥结构的材料、几何形状、制造工艺等多种因素对疲劳寿命的影响。
因此，在实际应用中，需要综合考虑各种因素，选择合适的估算方法和技术手段，以确保估算结果的准确性和可靠性。
基于实测载荷谱的白车身疲劳寿命计算朱涛1 林晓斌21上海山外山机电工程科技有限公司2英国恩科(nCode)国际有限公司上海代表处基于实测载荷谱的白车身疲劳寿命计算朱涛1 林晓斌21上海山外山机电工程科技有限公司2英国恩科(nCode)国际有限公司上海代表处摘要：汽车白车身疲劳分析由于缺乏真实载荷谱的输入而显得没有说服力，计算分析的结果往往与试车场或用户使用时发生的失效没有关联，这样导致了虚拟疲劳分析的强大作用无法发挥。
本文通过六分力轮测试系统实测了某型乘用车在试车场的载荷谱数据，以此作为输入，并综合了多种CAE手段，包括有限元网格划分、有限元分析、多体动力学分析和疲劳分析，对该乘用车的白车身在实测载荷谱作用下的疲劳寿命分布进行了计算分析，获得了有价值的结果。
同时给出了更符合真实工况的试验与虚拟相结合的白车身一体化疲劳分析流程。
关键词：白车身，虚拟疲劳分析，道路载荷谱，有限元网格划分，有限元分析，多体动力学分析1 前言汽车结构疲劳的话题在当前各大整车制造企业越来越受到重视，几乎每种新开发的车型都需要考察其疲劳耐久性能。
以前传统的方法，汽车企业对于新车型疲劳寿命的评估都是利用实车在各道路试车场进行路试[1]，该方式虽然是最直接且最准确的，但测试时间却十分冗长且耗费人力与经费甚巨，即使发现了问题往往也很难去修改。
近年来计算机软硬件的迅速发展，计算机辅助工程（CAE）分析技术在静态、碰撞、振动噪音等领域均有了相当不错的应用成果，但疲劳耐久性分析需要综合有限元应力分析和动力学载荷分析等专业技术，仍需花费非常大的计算量，且计算的准确性由于没有真实的道路载荷谱（RLD）作为计算输入而缺乏说服力。
本文针对上述问题，基于在国内汽车企业已经开始成熟运用的六分力轮测试技术实测获得的某乘用车在试车场的道路载荷谱数据[2]，以此作为输入，驱动建立好的整车多刚体动力学仿真模型，获取作用在白车身各连接点上的载荷谱，同时对白车身进行有限元应力场分析。
一种结构件疲劳安全寿命的估算方法
结构件疲劳安全寿命的估算方法
结构件疲劳安全寿命估算是一项复杂的任务，是结构设计过程中不可
或缺的一项工作。
因此，有必要了解结构件的疲劳安全估算方法，以
便在设计结构件时采取正确的保守性原则以确保其性能稳定且安全可靠。
第一步，确定结构件安全性目标，根据疲劳安全问题的承载力要求、
应用条件及应用下的使用寿命等因素，确定结构件的疲劳安全性要求。
第二步，分析结构件疲劳寿命，在确定安全性目标后，结构件疲劳寿
命的分析是有效预测疲劳安全性的重要步骤，一般采用基于矩阵的存
储技术来求解结构件的疲劳寿命。
第三步，结构件疲劳安全估算，根据结构件的安全性目标以及分析得
出的结构件疲劳寿命，就可以对结构件疲劳安全进行估算，采用一定
的精度来衡量结构件的疲劳安全性。
第四步，进行改进技术，结构件的疲劳安全估算是一个复杂的工作，
需要考虑许多因素，以确保结构件的安全性能。
因此，应根据实际情况，采取合理的改进技术，如采用新型材料，改进设计参数，加强检
测工作等，来提高结构件的疲劳安全性。
总之，结构件疲劳安全估算任务复杂费时，但却是必须经过深思熟虑，应根据实际情况选择最终设计参数以确保结构件安全性能。
因此，有
必要了解结构件的疲劳安全估算方法，以便在设计结构件时采取正确的保守性原则，达到安全可靠的目的。
基于实际载荷谱的汽车半轴疲劳寿命预测邹喜红;李静;彭吉刚;苟迅【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)004【摘要】汽车半轴是汽车传动系统的重要零部件之一.准确预测汽车半轴疲劳寿命是汽车半轴疲劳分析的重要环节.利用垫江汽车试验场采集的实测载荷谱,提取汽车左半轴强化耐久工况、动力工况和高速工况的一个循环作为样本载荷.经过预处理后,利用四点雨流计数法得到载荷雨流循环矩阵,并将样本载荷外推到整个试验场疲劳耐久试验所要求的全寿命载荷.利用疲劳应力集中系数、疲劳尺寸系数以及表面敏感系数对材料S-N曲线进行修正得到可用于寿命预测的构件S-N曲线;最后,以Miner线性损伤累积理论为基础,结合疲劳分析软件预测了汽车半轴疲劳寿命.【总页数】5页(P122-125,129)【作者】邹喜红;李静;彭吉刚;苟迅【作者单位】重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054;重庆市科学技术研究院,重庆400054;重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054;重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054;重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室,重庆巴南400054【正文语种】中文【中图分类】TH16【相关文献】1.轻型载货汽车半轴疲劳寿命预测 [J], 周金宝;周长城2.汽车后桥半轴的疲劳寿命预测分析 [J], 庞在祥;王占礼;张邦成;宫丽男3.基于混合分布的轮式装载机半轴载荷谱编制 [J], 翟新婷;张晓晨;江柱锦;李莺莺;张强;王继新4.利用二维载荷谱对轻型汽车半轴疲劳寿命预测的研究 [J], 周长城;周金宝5.原始载荷谱下拖拉机半轴的疲劳寿命预测 [J], 魏建锋;郑修麟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于实测载荷谱的白车身疲劳寿命计算
朱涛;宋健;李亮
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2009(000)005
【摘要】通过六分力轮测试系统实测了某型乘用车在试车场运行的载荷谱数据,以此作为输入,并综合有限元分析、多体动力学分析和疲劳分析等多种CAE手段,对该乘用车白车身在实测载荷谱作用下的疲劳寿命分布进行了计算分析.同时,给出了符合真实工况的试验与虚拟相结合的白车身一体化疲劳分析流程,该流程同样适用于底盘零部件的疲劳分析.
【总页数】4页(P8-11)
【作者】朱涛;宋健;李亮
【作者单位】清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U462.3+6
【相关文献】
1.某铝制乘用车白车身疲劳寿命计算 [J], 夏德伟;刘丽霞;徐志强;齐飞
2.基于实测载荷谱和仿真载荷谱的底盘疲劳分析及对比 [J], 荣兵;肖攀;周建文
3.实测道路载荷谱在新开发车型车身疲劳分析中的应用 [J], 宋自力; 徐余平
4.基于实测载荷谱的双叉臂悬架下摆臂疲劳寿命预测 [J], 马良灿;纪浩;符琳;李小
珊;覃宝海
5.基于实测数据的飞-续-飞疲劳载荷谱研究 [J], 霍文辉;孙小平;付友波
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基于实测载荷谱的双叉臂悬架下摆臂疲劳寿命预测作者：文/ 马良灿纪浩符琳李小珊覃宝海来源：《时代汽车》 2020年第16期马良灿1 纪浩1 符琳1 李小珊1 覃宝海21.上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心广西柳州市 5450002.柳州孔辉汽车科技有限公司广西柳州市 545000摘要：本文通过实测某双叉臂后独悬车在试验场随机载荷谱，使用Femfat LAB 与 Adams Car联合仿真，迭代分解出双叉臂下摆臂各连接点处的载荷谱，并通过时域、伪损伤等指标对迭代结果进行收敛性评价。
同时用分解的载荷谱对下摆臂的疲劳寿命进行了预测，下摆臂减振器支架的焊缝疲劳寿命为0.63，与实车表现误差为11.3%，很好的预测了双叉臂悬架下摆臂的疲劳寿命。
关键词：疲劳寿命载荷谱迭代分解下摆臂Based On The Road Load Spectrum Of The Double Wishbone Suspension Predicted The Fatigue Life Of Low Control ArmMa Liangcan Ji Hao Fu Ling Li Xiaoshan Qin BaohaiAbstract：The paper has reserched the rear double wishbone suspension random load spectrum of the viehcle test road , used the Femfat LAB and Adams Car joint simulation, and then,the iterative decomposition of the rear double wishbone suspension hard point load,which connect suspension parts , and evaluated the index from time domain and pseudo damage ,and so on. Of course,the paper has predictedthe fatigue life of the suspension parts also,such as the damper bracket weld onthe rear low control arm is 0.63, the error is just 11.3% compared with the real vehicle faigue.have a good forecast fatigue life for the suspension parts.Key words：Fatigue life, Load spectrum, Iterative decomposition, Low controlarm1 前言双叉臂独立悬架因优越的操控性和乘坐舒适性被许多车型开发使用[1,2]，但因悬架的特殊结构形式，下摆臂的受载大，易出现疲劳开裂失效等问题[3]，汽车结构件的疲劳失效已是各大整车厂关注的重点。
基于实测载荷谱的副车架疲劳寿命估算方法刘永臣;王国林;孙丽【摘要】为准确预测某副车架疲劳寿命，对其进行三维建模与有限元分析，获得其结构应力分布，并确定副车架的疲劳损伤热点；试验场条件下测取副车架的应变载荷，通过频谱分析与低通滤波等计算副车架结构各测点的最大主应力，利用雨流计数法编制副车架载荷谱；利用局部应力应变法与Miner准则进行应力集中修正，完成副车架的疲劳寿命预估。
估算得出该副车架试验场预期寿命为9120 h。
%To predict accurately fatigue life of a subframe, we build a 3D model of this subframe and make FE analysis, and get structural stress distribution and determine fatigue damage heat points. We measure the strain load of the subframe in the proving ground, and use frequency spectrum analysis and low passing filtering to calculate the maximum principal stress of the subframe. We use rain flow count method to compile the load spectrum. Using local stress-strain method and Miner standard, we revise the stress concentration, and complete fatigue life prediction of subframe. The results show that estimation life of subframe is 9210 hours.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P58-62)【关键词】副车架;实测载荷谱;疲劳寿命;估算【作者】刘永臣;王国林;孙丽【作者单位】江苏大学; 淮阴工学院;江苏大学;淮阴工学院【正文语种】中文【中图分类】U463.32+41 前言车辆副车架作为重要结构件在车辆运行中起着承载与传力作用，因此面临严峻的疲劳破坏问题。
在疲劳耐久研究中，需要考查车辆重要结构件的疲劳寿命，以分析整车疲劳耐久性能。
目前，各主要车辆研发机构、大型汽车企业都高度重视整车疲劳耐久研究，开展了许多研究工作，如文献[1]～文献[3]中开展了试验场载荷谱下的道路模拟试验以进行汽车耐久性研究，但仍缺乏统一的标准与规范。
目前对于结构件的疲劳损伤评估主要有2种评估方法：一种是试验方法，多用于产品的定型或验证，周期长；另一种是数值仿真法，主要结合有限元与疲劳理论进行结构的疲劳寿命预测，多用于结构改进或定型分析，其在底盘、车桥、发动机等结构上已有一些应用[4～8]，但该方法缺乏真实载荷作用影响。
本文根据有限元分析结果，对车辆副车架进行典型载荷实测分析，编制实测载荷谱并进行寿命预估。
2 结构件建模与有限元分析2.1 三维模型和有限元模型的建立建立副车架及主要连接件总成的三维模型，如图1所示。
副车架整体为左右对称结构，每侧通过两点铰接与下控制臂相连，控制臂另一端与转向节低端铰接，从而使副车架主要受轴头处的车轮侧向力、纵向力以及车辆垂直载荷作用。
图1 副车架三维模型2.2 结构损伤热点确定利用ANSYS有限元分析软件对该副车架总成三维模型进行网格划分，并根据实际结构在副车架连接点处添加约束（具有绕X轴转动自由度），在轴头连接处分别按侧向（Y向）、纵向（X向）两种工况添加载荷，从而进行有限元分析，得到副车架应力分布如图2和图3所示。
图中，侧向加载工况下最大应力为572 MPa （在第9 021个节点处），纵向加载工况下大应力点分别为1 510.2 MPa（第595 933个节点）和916.3 MPa（第689 812个节点）处。
图2 侧向力作用下应力分布图3 纵向力作用下应力分析通过有限元分析，在副车架侧向力工况确定出1个损伤热点，纵向力工况确定出2个损伤热点，基本反映副车架结构的主要损伤情况，可为载荷测试提供可靠测试位置。
3 副车架载荷测试3.1 应变测试为准确获得副车架在车辆运行中所承受的载荷，根据有限元分析结果以及副车架的对称结构，考虑测试方便性，选取副车架左侧1点和右侧2点进行测量，载荷测点布置如表1所列。
测试选择电阻应变计，型号为BE350-3C A，电阻值为350 Ω，布置方式为应变片距离焊缝10 mm。
表1 副车架载荷测点布置测点测点位置贴片位置测点区域P1 副车架与控制臂连接处副车架左侧P2 副车架与斜支撑柱焊接处副车架右侧P3 副车架与斜支撑柱焊接处支撑柱右侧根据试验场耐久性测试规范与试验目的，载荷测试选择某试验场综合路况，具体路段里程与行驶要求见表2。
测试采用美国HBM-SoMat公司的eDAQ模块化数据采集系统，ADC转换为16 bit，系统精度≤1%，采样频率可达100 kHz。
表2 试验场载荷测试方案路段类型里程/m 测试车速/km·h-1扭曲路乙 85 5石块路丙 800 60石块路乙 1 189 50鹅卵石路乙 335 60砂石路 2 113 40搓板路乙700 50石块路丙 800 50长波路 90 50一般公路 2 300 80具体试验过程如下：a. 车辆选择某公司新型乘用车，总质量为额定满载质量，且轴荷符合要求，轮胎为标准气压；驾驶员为试验场试车员；试验道路选择交通部公路交通试验场。
b. 按打磨、清洁、划线、粘贴、检查、密封等步骤粘贴应变片，并接入数据采集系统；消除各通道线阻，设置各通道参数，设置采样频率为500 Hz。
c. 选取典型路况，试采集若干小段信号，观察信号合理性与完好程度。
d. 为确保样本数量，按规定路段、车速共测6次载荷信号，每次测试结束后及时检查数据及仪器设备状况。
副车架测试结果如图4所示，其中μE为微应变。
图4 副车架P3点应力测试信号各测点测试信号为直角应变花的3向应变值，在进行最大主应力计算之前需通过信号分析与处理得到纯净载荷信号。
3.2 信号处理及分析汽车试验场路况环境恶劣、运行工况综合性强，其载荷具有强随机性特征，但对于每一个综合工况（试验场综合道路），其载荷仍具有一定的统计规律。
针对副车架载荷测试信号，采用幅值门限法去除异常峰值，进行功率谱密度（PSD）分析（图5），观察载荷信号的频域特征。
可知各通道应变信号的能量主要集中在30 Hz以内，其中共振频率分别为1.34 Hz和14.2 Hz，车体结构振动频率符合规律。
图5 副车架P3测点载荷PSD分析根据PSD分析，测试过程中载荷测试输出为低电平信号，存在因电压干扰、噪声干扰等而产生的不良信号，必须予以处理。
采用低通滤波方法对测试信号进行滤波处理，滤波频率选择30 Hz。
副车架各测点载荷测试信号处理后结果如图6所示。
图6 副车架P3点载荷纯净测试信号4 载荷谱编制对各测点测试信号进行滤波去噪、去除奇异值、趋势项等处理后，求取测点位置处的最大主应力，进而采用雨流计数法进行载荷循环统计，以获得疲劳载荷谱。
4.1 最大主应力计算根据应变计类型，将上述测试应变结果通过式（1）求取最大主应变。
式中，ε1，3为测点最大、最小主应变；ε0°为测点应变花0°方向的应变值；ε45°为测点应变花45°方向的应变值；ε90°为测点应变花90°方向的应变值。
式中，E为弹性模量，其值为2.10×105MPa。
根据式（2）胡克定律得到各测点最大主应力，图7所示为测点P3的计算结果。
图7 测点P3的最大主应力计算结果4.2 雨流计数法工程实际中许多机械零部件的工作载荷是随机过程，通常运用统计分析方法对其进行分析与描述。
雨流计数法是众多计数法中应用最广泛的一种方法，通过雨流计数可得到载荷均值、幅值及位置的三维数据[9]。
随机载荷信号经循环计数后，可得到一个雨流矩阵，见式（3），进而得到载荷的均、幅值及其对应的频次等信息。
式中，i为雨流循环开始点的载荷级别；j为雨流循环闭合点的载荷级别；rij为雨流循环开始于i，结束于j的循环数；u、v分别为雨流矩阵的列数与行数。
4.3 雨流计数结果采用ncode公司的glyghworks软件对测点完成载荷谱循环计数，分别生成均、幅值的二维频次统计直方图，如图8所示。
产生的雨流矩阵导入64×64的excel表格中，保存为matlab格式文件。
图8 测点P3雨流计数统计直方图雨流计数的统计频次分布可根据工程经验利用统计假设检验，确定出载荷均值符合正态分布，载荷幅值符合威布尔分布，在上述统计结果中得出P3点的载荷均值为24.48 MPa。
5 副车架疲劳寿命预估5.1 局部应力-应变法与Miner准则局部应力－应变法可在已知载荷或应变历程情况下确定材料的局部应力－应变响应，同时也确定上述历程在材料中产生的各个滞回环。
在载荷历程作用下，零部件局部应力－应变响应中的每个滞回环即代表一个疲劳损伤单元。
在确定了各个滞回环、已知材料的应变－寿命曲线（ε－Nf）的条件下，即可计算各个滞回环的疲劳损伤[10]。
在试验场载荷测试中，通过雨流分析，共产生M 个滞回环，令每个滞回环的顶点坐标为（ε1i，σ1i）和（ε2i，σ2i），i=1，2，…，M，则每个滞回环所对应的裂纹形成寿命 Nfi可由式（4）求得[10]：式中，Δεi为每个滞回环的应变变程，表达式为Δεi＝｜ε1i－ε2i｜；σ0i为每个滞回环的平均应力，表达示为σ0i为疲劳强度系数；b为疲劳强度指数；ε′f为疲劳延性系数；c为疲劳延性指数。
副车架材料为45#钢，其疲劳性能参数见表3。
表3 45#钢疲劳性能参数E/GPa σ′f/MPa ε′f b c 210 1137 0.465 －0.123 －0.526每个滞回环造成的疲劳损伤为：根据Miner线性疲劳损伤积累准则[11]，载荷历程在零部件中造成的疲劳损伤D 可表示为：工程分析时，根据经验可知在D=1时，材料发生疲劳损坏。
5.2 结构应力集中修正针对副车架与控制臂连接的实际结构特点，其近测点处均存在应力集中，而在实测过程中不宜将其与应力集中位置完全重合，故在进行疲劳寿命估算时，应给予应力集中修正，一般通过结构件的疲劳缺口系数Kf予以修正[12]，即：式中，q为缺口敏感系数，其与材料和结构有关，可通过式（8）确定；Kσ为有效应力集中系数，可通过式（9）确定。
