CN105718633A - 一种底盘件的载荷分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种底盘件的载荷分析方法，包括步骤：（1）底盘件试验场载荷谱数据采集；（2）底盘件试验场载荷谱KLT路面滤波；（3）底盘件试验场载荷谱雨流计数处理及累积损伤计算；（4）底盘件块谱载荷幅值及等损伤循环次数确定；（5）底盘件等效块谱评价。其以底盘件按可靠性试验规范采集的试验场载荷谱为输入，通过对其进行KLT路面RP滤波、雨流计数、针对S?N曲线运用迈纳疲劳累积损伤准则计算其总损伤等处理，实现了以等损伤为目标的底盘件试验场载荷谱到等效块谱的载荷分析。本方法可以确保底盘件设计、CAE分析和DV试验载荷与试验场载荷的一致性，统一评价标准，缩短分析、试验时间，提升分析和试验效率。

Description

一种底盘件的载荷分析方法

技术领域

本发明涉及汽车底盘件的载荷分析方法。

背景技术

汽车底盘零部件的结构设计研发，前期需经过CAE分析、优化和DV试验验证这些关键环节，满足设计目标后才能进入后期的整车可靠性路试验证。

目前，主要通过整车多体动力学仿真输出底盘件各接附点处的载荷作为CAE疲劳分析的载荷输入，进行结构疲劳分析及优化。由于试验场采集的载荷谱时间历程较长，在现有的软硬件条件下，导致多体动力学仿真周期较长，CAE分析及优化效率较低，产品研发进度往往得不到保证。

DV试验验证因无法采用作动器实时再现所受的内力载荷激励，所以也只能采取动态模拟或经验载荷加载的方式来完成DV试验。动态模拟需要通过迭代方式来获取试验的激励载荷，对于多轴耦合受力情况，对迭代方案、作动器能力及工装台架的设计要求都非常高，不仅台架制作费用昂贵，而且误差在5％以内的RMS迭代精度要求也难以实现，试验周期较长；按经验载荷加载方式进行台架试验，无法保证经验载荷(安全系数较大)与试验场道路载荷之间的损伤相关性，往往出现零部件台架试验开裂而路试不开裂的异常现象，不利于对底盘件轻量化设计的精准评价及减重降本。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种底盘件的载荷分析方法，以损伤等效为前提，满足试验场载荷谱和等效块谱对底盘件产生的损伤相等，确保底盘件设计、CAE分析和DV试验载荷与试验场载荷的一致性，统一评价标准，缩短分析、试验时间，提升分析和试验效率。

本发明提出的底盘件的载荷分析方法包括如下步骤：

1、底盘件试验场载荷谱数据采集；

2、底盘件试验场载荷谱关键疲劳损伤寿命试验(KLT)路面滤波：通过进行雨流投影滤波(RP滤波)处理，滤掉无损伤数据；

3、底盘件试验场载荷谱雨流计数处理及累积损伤计算：将滤波后的载荷谱进行雨流计数处理，得到程对计数结果；根据疲劳累积损伤理论，将计数结果对应构建的底盘零部件标准S-N曲线进行累计总损伤计算；

4、底盘件块谱载荷幅值及等损伤循环次数确定：从程对计数结果图中确定块谱的载荷幅值，以试验场载荷谱的累积总损伤作为块谱的累积总损伤值，针对相同的标准S-N曲线进行对应载荷幅值的等损伤循环次数确定；

5、底盘件等效块谱评价。

本发明以底盘件按可靠性试验规范采集的试验场载荷谱为输入，通过对其进行KLT路面RP滤波、雨流计数、针对S-N曲线运用迈纳疲劳累积损伤准则计算其总损伤等处理，建立了以等损伤为目标的底盘件试验场载荷谱到等效块谱的载荷分析方法，经过对块谱和试验场载荷谱的CAE分析结果比较，不仅热点分布一致，损伤结果也吻合。本方法可以确保底盘件设计、CAE分析和DV试验载荷与试验场载荷的一致性，统一评价标准，缩短分析、试验时间，提升分析和试验效率。

本方法不仅可用于CAE疲劳耐久分析，也可以应用于底盘件DV试验，为其等损伤台架试验提供载荷输入，具有较强的可操作性。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图；

图2为摆臂球头销轴颈处应变片粘贴图；

图3为摆臂球头销处试验场载荷谱RP滤波前后时域对比图；

图4为摆臂球头销处RP滤波后试验场载荷谱程对计数结果图；

图5为摆臂球头销处程对计数疲劳累积损伤计算示意图；

图6为摆臂块谱和试验场载荷谱CAE分析结果对比图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的内容：

本发明的步骤流程如图1所示：

1、底盘件试验场载荷谱数据采集：根据底盘件实际所受载荷情况布置应变测试桥路，随整车完成底盘件试验场应变谱的采集，通过前期获取的标定数据信息可直接获得底盘件试验场载荷谱。

2、底盘件试验场载荷谱KLT(关键疲劳损伤寿命试验)路面滤波：通过对其进行RP滤波(雨流投影滤波)处理，滤掉无损伤数据，使其各通道载荷数据保持原有损伤的基础上，最大限度缩减载荷数据量，缩短CAE分析时间，提升CAE分析效率。

3、底盘件试验场载荷谱雨流计数处理及累积损伤计算：将滤波后的载荷谱进行雨流计数处理，得到程对计数结果。根据疲劳累积损伤理论，将计数结果对应构建的底盘零部件标准S-N曲线进行累计总损伤计算。

4、底盘件块谱载荷幅值及等损伤循环次数确定：从程对计数结果图中确定块谱的载荷幅值，以试验场载荷谱的累积总损伤作为块谱的累积总损伤值，针对相同的标准S-N曲线进行对应载荷幅值的等损伤循环次数确定。

5、底盘件等效块谱评价：将等效块谱按确定的幅值及循环次数，进行底盘件的CAE疲劳耐久分析，与底盘件试验场载荷谱对应的分析结果进行比较，确认危险部位及疲劳损伤的一致性。

参见图2-图6，下面以摆臂为实例，结合附图对本发明的实施作详细说明：

1、摆臂试验场载荷谱数据采集

摆臂在道路中主要承受纵向载荷和横向载荷，通过在球头销轴颈处沿纵向前后表面、横向左右表面分别粘贴应变片R1、R3和R2、R4，如图2所示，R1和R3、R2和R4并分别组成两个应变半桥测试桥路，其中R1和R3为纵向前后表面粘贴应变片，R2和R4为横向左右表面粘贴应变片，随整车完成摆臂球头销处纵向、横向试验场应变谱的采集，通过前期标定试验获取的标定系数可直接转换得到摆臂球头销处对应的纵向和横向试验场载荷谱数据。

2、摆臂试验场载荷谱KLT路面RP滤波

将摆臂试验场载荷谱数据导入带有RP滤波功能的软件中，设置各通道载荷关联滤波的载荷阀值为各通道最大载荷范围的10％，进行试验场载荷谱数据缩减，滤掉无损伤数据，使各通道载荷数据在保持原有损伤的基础上，最大限度缩减载荷数据量。

结果如图3所示，原始载荷谱数据从2100多秒缩减为20秒以内，大大缩短了CAE仿真时间，提升了CAE分析效率。

3、各通道载荷谱雨流计数处理及累积损伤计算

将缩减的载荷谱数据进行雨流计数处理，得到程对计数结果，如图4所示。

根据钢材的材料属性，构建摆臂标准S-N曲线计算公式如下：

$N=N_0{\left(\frac{S_0}{S}\right)}^K$

其中K＝5，为S-N曲线斜率；S₀＝1000，N₀＝10⁷，为S-N曲线斜率拐点处对应的载荷值和对应失效循环数；N为载荷S作用下摆臂发生失效所对应的循环数。

将程对计数结果中每一组计数数据根据各自的载荷幅值S对应S-N曲线公式计算各自对应的失效循环数N，用此组数据的计数累计值即循环次数n，根据疲劳累积损伤原理，运用迈纳疲劳累积损伤准则计算其总损伤，计算n次循产生的损伤为n/N，程对计数产生的总损伤为：D_总＝∑D_i，如图5所示。据此方式计算其它通道对应总损伤。

图5中，S₀—S-N曲线斜率拐点处对应载荷幅值，N₀—S₀对应失效循环数，n₁/n₂—第1/2组计数数据的计数循环次数，S₁/S₂—n₁/n₂对应载荷幅值，N₁/N₂—S₁/S₂对应失效循环数，D₁/D₂—n₁/n₂循环次数对应产生的损伤，D_i—第i组计数数据对应产生的的损伤，D_总—计数数据的总损伤。

4、各通道块谱载荷幅值及等损伤循环次数确定

从程对计数结果图中找出各通道最大载荷范围值，取其一半作为各通道等效块谱的载荷幅值S，用S-N曲线公式计算得到各通道对应载荷幅值S的失效循环数N，以上一步计算得到的各个通道对应的总损伤D_总作为各通道对应块谱的累积总损伤值，用公式D_总＝n/N计算，可得到各通道对应块谱的等损伤循环次数n。

5、块谱评价

将得到的各通道等效块谱，输入摆臂CAE模型进行疲劳耐久分析，与摆臂试验场载荷谱分析结果进行比较，结果如图6所示，(a)为试验场载荷谱CAE分析结果，(b)为等效块谱CAE分析结果。

可以看到无论在危险部位及损伤值数量级上两者的结果是一致的，由此可得出结论，按本发明方法所得到的块谱与原试验场载荷谱是等效的。

Claims (4)

1.一种底盘件的载荷分析方法，包括以下步骤：

（1）底盘件试验场载荷谱数据采集；

（2）底盘件试验场载荷谱关键疲劳损伤寿命试验（KLT）路面滤波：通过进行雨流投影滤波（ＲＰ滤波）处理，滤掉无损伤数据；

（3）底盘件试验场载荷谱雨流计数处理及累积损伤计算：将滤波后的载荷谱进行雨流计数处理，得到程对计数结果；根据疲劳累积损伤理论，将计数结果对应构建的底盘零部件标准S-N曲线进行累计总损伤计算；

（4）底盘件块谱载荷幅值及等损伤循环次数确定：从程对计数结果图中确定块谱的载荷幅值，以试验场载荷谱的累积总损伤作为块谱的累积总损伤值，针对相同的标准S-N曲线进行对应载荷幅值的等损伤循环次数确定；

（5）底盘件等效块谱评价。

2.根据权利要求1所述的底盘件的载荷分析方法，其特征在于，所述步骤（1）的底盘件试验场载荷谱数据采集是根据底盘件实际所受载荷情况布置应变测试桥路，随整车完成底盘件试验场应变谱的采集，通过标定数据信息可直接获得底盘件试验场载荷谱。

3.根据权利要求1所述的底盘件的载荷分析方法，其特征在于，所述步骤（3）是运用迈纳疲劳累积损伤准则计算总损伤。

4.根据权利要求1所述的底盘件的载荷分析方法，其特征在于，所述步骤（5）的底盘件等效块谱评价是：将等效块谱按确定的幅值及循环次数，进行底盘件的ＣＡＥ疲劳耐久分析，与底盘件试验场载荷谱对应的分析结果进行比较，确认危险部位及疲劳损伤的一致性。