抗疲劳半挂车底盘的设计基于现场试验数据

抗疲劳半挂车底盘的设计基于现场试验数据摘要会议在墨尔本在HVTT的，结果已提交的项目推进，包括11个不同的拖车制造商，涉及测试和建模活动，以建立一个实际的现实基础，疲劳评估，改进的轻质拖车设计的一个步骤。

本文介绍了下一步的后续项目寿命（寿命疲劳增强）的一部分，基于模型的评估一个现实的加载历史的半挂车。

代表装载在这样的历史条件下，来自三个星期的实地测试，然后用有限元分析，疲劳寿命估算，在关键的高负载中铝拖车底盘的焊接连接。

根据研究结果，对于不同的负载周期（Palmgren矿工的数量，疲劳试验的基础上）的顺序，3D负载在焊接，焊接质量的不同，在拖车上的键合连接的影响。

这些“教训”是相互解释，导致重量轻片头设计改进的一般指导方针。

关键字半挂汽车列车，加载历史，现场试验，疲劳寿命，有限元分析介绍在荷兰，的拖车制造行业主要由中小型企业（小型和中等规模企业），生产的单件或小批量生产半拖车上的需求。

，因为它们的大小，是一家专业的荷兰半挂车生产特殊用途的特殊的运输解决方案，与最终客户的规格建造和装备，并经常与实现与客户一起设计和开发的产品。

因此，创新是非常重要的。

显然，负载能力，以及车辆结构的鲁棒性，在半拖车的设计是很重要的元素。

一家运输公司的目的是为最佳的生产力，即最大承载能力相结合的维护，燃料和折旧的最低成本。

这意味着，有减少拖车重量和提高其寿命是一个挑战。

传统上，半拖车焊接和建于轻度钢具有较大的安全边际。

结构计算，然后根据静态和准静态载荷工况。

迄今为止，传统的方式连接拖车的元素是通过焊接。

除了一些附带的破解概率问题，一般没有明显的开裂问题由于低应力水平和材料，可以被描述为“宽容”与高的地方株。

为了减少半拖车重量，一个目的是使用特殊的光，和在相同的时间的高强度材料，如高强度钢或铝。

然而，这些材料是更敏感的疲劳，因此这可能导致在机箱中的早期开裂，如与图1中的一个例子所示这种疲劳灵敏度的实际动态加载的保守党需要更好地了解半挂车，与当地力的关键之处的后果。

此外，有必要探索新的设计方法，修改焊接的策略，以及可能使用的螺栓和胶接连接。

有了这样的认识，人们将能够重新设计车辆导致较少疲劳，因此，较长的持久车辆。

更重要的是，这将让更多的自由设计，以减少半挂车重量，而不会影响车辆的生命周期，从而提高了车辆的生产效率（更多的承载能力，更低的损伤，降低燃料消耗）。

有各种尝试，以减少由特殊材料的应用，在这里我们指的例子，如半挂车重量的ROADLITE[4]和的ColdFeather[5]的项目和它的后继者，GIGA轻量级的半挂车。

也见[6]，其中的材料如铝制造，夹芯材料和高强度钢（HSS）中解决的半挂车设计的上下文中。

在荷兰的底盘和车身修理协会FOCWA，一期工程，远期（燃料优化的半挂车充分评估现实的设计载荷）的密切合作，已经进行了HAN汽车，连同11的半挂车制造商和汽车（桥，转向系统）的供应商，代尔夫特理工大学和荷兰公司的轻型结构，以获得实际的工作负载历史的基础上长期实地测试，并验证多体模型（推导出每个半挂汽车列车项目的一部分，FORWARD）。

一个后续项目生命（生命周期的疲劳强化）的方式来利用这些数据来估计一生的选择半拖车，探索重量轻的设计策略。

在图2中示出的总的研究方法。

在这个计划中的黄箱是指的FORWARD项目。

已经取得了一些步骤，FORWARD进行疲劳分析的半拖车，那里的生活项目会带来进一步有系统的方式。

一旦半挂车加载已建立，一个代表性的负载的情况下，根据在此装载，用于识别的结构的结构的关键位置，即第一疲劳损伤的位置，预计由于重复加载。

这可以通过使用一个全球性的有限元模型（FEM）。

然后，在关键部位的局部结构可以进行恒定振幅疲劳试验，获得的SN或FN曲线，给出的负载循环的应力/力的振幅之间的关系，和直到失败（这里定义为周期的最大数目一个最大的焊接裂纹长度）。

然后Palmgren - Miner法则指出叠加在的个别conributions的周期，与不同的振幅的周期为以任意的次序，可以通过以下来确定总伤害。

这是通过使用一个更精确的有限元法的底盘，描述当地接近临界点的行为和装载的只是其中的一部分。

然而，这Palmgren-Miner法则似乎是不可靠的，并且可能低估或高估的寿命周期的顺序，如在ASM手册[7]。

出于这个原因，附加的门的疲劳试验已进行了相同的局部结构进行实际负载规格频谱使用全局有限元导出。

当时获得的最大数量的周期相比矿工基于生命周期评估（累计）。

这导致在一个校正的预测寿命的一个因素小于1（在我们的具体的半拖车结构的调查的焊缝，此因子约为0.26，即显着降低）。

最后一步是将重新设计签名机箱，以便重新分配在机箱中的本地力传递或使机箱的抗疲劳损伤。

可能的方式是使用其他材料，图3：半挂汽车列车组合来改变本地的焊接配置或焊缝质量（导致在不同的FN曲线和/或不同的矿工编号），或者替换焊缝通过螺栓，通过粘合剂粘结连接，等在设计上的变化，在一般情况改变的车辆对道路的干扰，并且在转弯时，制动驱动性能- 的情况。

可以使用验证的动态多体模型，半拖车装载的影响，这种情况下，半挂车内的荷载传递，无需额外的测试。

然后，这个循环可以随后数次，直到设计已经被充分地提高。

图2的方法已经被应用到半挂车，设计和生产的公司“范德·皮特和锌，用自带的身体夹心板，键合焊接的铝挤型梁结构。

这半挂车。

命名为“一颗Kolibri”，用于运输散装货物，特别是土豆。

被卸载的货物通过一个传送带。

在图3中所示的车辆用。

本文的结构与图2一致。

在下一节中，负载历史的讨论，从现场测试，并根据经过验证的多体模型。

在第3节中，具有代表性的负载情况下，采用的是一个全球性的有限元壳模型来确定的关键位置在机箱中。

第一疲劳分析和寿命评估在第4节使用一个更精确的有限元模型进行了讨论。

如前所述，Palmgren-Miner法则可以QUES提到的周期振幅大的变化，即第5的话题。

Palmgren，矿工的疲劳寿命评估的修正导致实际负载的历史测试的讨论。

得出结论在第6条中，同时处理在焊缝质量的变化（在拖车的试样相比具有更好的质量）和其的寿命校正的效果。

此外，一些上的粘结在拖车的连接，这是预期在全球机箱模型，以允许更多的变形，因此本地的力的变化是不同的情况下，这种连接是采取完全刚性的讨论给出。

代表加载历史从2009年到2011年，该项目FOR-WARD进行，目的是获得代表性的负载情况下，为了有助于减少半挂车质量分析，主要是疲劳，见文献[1]的更多信息，FORWARD。

为了这个目的，经过七个不同的半挂汽车列车组合现场测试期间至少三个星期，超过40个测量通道被用来收集数据的加速度和角速度的拖车底盘和牵引车（使用3D基于GPS的运动跟踪系统X-感），垂直加速度在车轴，车轮转速，转向角度，空气弹簧压力，弹簧的位移，在一些地方和应变的底盘。

现场测试各车辆组合路由已使用GPS数据的监视。

在正常运输的路线，自带半挂车的一颗Kolibri，涵盖了60个小时的驾驶的条件下，图4中所示。

此字段的考试路线意味着，实际的制动，行驶和转弯以及道路扰动已经经历的条件，不同的负载情况。

正如前面提到的，半挂车的目的是进行批量（土豆），因此两个主要的受力情况加以区分，满载和空载。

这个加载的情况是很具体的。

其他调查门控，如两层楼的拖车半挂汽车列车组合，表现出更多的负载变化。

这些现场测试数据已被转移到加载数据，在所有独立的车轮和主销各个方向（纵向，横向，纵向），使用SimMechanics建立多体模型，见图5。

该模型包括扭转刚度的底盘。

选择这样的偏航和滚转方向的回转运动中被允许的卡车和拖车之间的耦合。

（摇臂）车轴建模单独，与通过棱柱转动关节连接的左和右部分，每轴允许单独的侧倾刚度。

为造型的轮胎，我们已经使用了非线性轮胎模型TNO/代尔夫特轮胎，请参见[2]。

这个模型的验证与伸展性的圣Oedenrode，荷兰的DAF试验场测试。

相反的现场测试，验证测试，包括特殊情况下，如严重减速运行（制动）和加速度（在转弯的结合），驾驶过的障碍CLES，稳态转弯，双车道变化，并开始与一个90度的主销角的低速机动。

正如在下一节中，在关键部位的外机箱光束和横向连接地板梁之间的焊接连接。

尤其是垂直的动力变化导致焊缝的负责FA疲劳的一个局部受力。

这意味着过弯条件（导致低频率负载转移）和道路障碍是占主导地位的负载情况下的生命周期分析。

局部高剪切载荷的低速机动，高主销角度，省略了在疲劳分析。

在图6中所示的双车道改变，和轴悬架的垂直方向的力，而通过一个特殊的阈值的一个例子的模型验证。

在另外的力数据，现场测试已经被用来确定代表性的负载历史（周期数），用于该车辆。

这样做是使用乘以有关群众，随后子投影雨流计数的横向，纵向和垂直方向上的加速度。

关键位置（焊接）和有限元分析一颗Kolibri半挂车由组合的夹芯板的焊接结构的挤压铝束。

已进行的有限元分析中，基于在壳元素中的一个元素的大小为1毫米，以确定具有最高应力的焊接连接。

横梁和纵梁之间的焊缝进行马铃薯货物，与此负载增加动态效果。

最关键的位置被确定为焊接连接之间的轴的支撑和支撑腿。

似乎出现应力集中的焊接结束时，由于弯曲的横向地板梁（作为结果的动态的货物重量），在上部凸缘焊接光束导致的张力应力。

的纵向梁的弯曲，具有焊缝周围的应力的增加效果。

特写地板梁横向和纵向机箱束之间的焊接连接，如图7所示。

观察在焊接端部的应力集中在图8中，根据使用壳单元上的有限元分析。

在固体模型的底盘有相同本地部分（十六进制元素以及四面体的焊缝），为了有一个更好的理解，这实际上是一个三维焊接的焊缝（见图9）附近的局部应力集中。

由于主导装载在拖车创建一个拉应力在法兰焊接光束，可以认为等效的局部结构作为一个孤立的结构被支承在所计算出的代表10-SION力沿横梁的纵向光束和加载。

本地四舍五入的焊缝（趾）并没有被考虑，这是可以接受的，如果使用所谓的热点应力法。

此方法使用的外推焊趾处的应力，来自讲在这个位置有一段距离，参见图10[8]，此方法和设计曲线和规则进行疲劳分析的更多信息。

疲劳分析和寿命评估从图如图9，与外推的应力，并假设该应力导致负载从一个固定的振幅变化时，疲劳寿命可以是估计配合使用的设计规则在[8]，从而导致对铝到FAT值（疲劳40类）。

每一FAT值对应一个耐疲劳SN曲线，即描述的最大循环数N为给定的应力幅值S.其他选项估计疲劳寿命的有效缺口应力的方法（在该根和脚趾要被建模的焊缝有一个假定的虚构的缺口半径为1毫米，见[8]），和 Verity的网格- 不敏感的等效结构应力法，约翰·德雷珀[9]，看看书，最初是由东，[10]。

Verity的方法是使用一个SN曲线为全焊接的几何形状，钢板厚度和类型的装载和不敏感的有限元件密度和元素类型。