郭學(xué)靜

摘要： 本文研究了汽車排氣系統(tǒng)在汽車道路行駛過(guò)程中的疲勞壽命情況。通過(guò)試驗(yàn)場(chǎng)或者用戶使用條件下的RLDA數(shù)據(jù)采集，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)疲勞壽命估算，得到載荷譜。然后進(jìn)行構(gòu)件的疲勞壽命試驗(yàn)，做出P-S-N曲線。應(yīng)用 Miner理論，可得到構(gòu)件的損傷度。從而可以分析排氣系統(tǒng)不同部位在給定的路面激勵(lì)下的損傷，評(píng)估排氣系統(tǒng)的耐久風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：疲勞壽命;RLDA;雨流計(jì)數(shù);載荷譜;P-S-N曲線;Miner 理論

引言

近年來(lái)，人們?cè)谶x擇汽車駕駛時(shí)，除了舒適感和可操作性能，零部件的使用壽命及安全性越來(lái)越受到關(guān)注。以往對(duì)于汽車的降噪、尾氣凈化和壓力損失等問(wèn)題已受廣泛的關(guān)注，但其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和焊接疲勞耐久性卻沒(méi)有引起足夠的重視，目前逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。鑒于國(guó)內(nèi)排氣系統(tǒng)在這方面研究較少，與國(guó)外同期研究水平差距極大，所以，有必要加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究，以盡快彌補(bǔ)我國(guó)在這方面的不足，所得到的研究成果將對(duì)該領(lǐng)域有一定程度的補(bǔ)充，可作為排氣系統(tǒng)早期研發(fā)設(shè)計(jì)的重要參考。本文主要研究從測(cè)試到的疲勞載荷譜，確定材料疲勞損傷的程度，計(jì)算疲勞壽命。進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)、安全評(píng)價(jià)等運(yùn)用這種測(cè)試方法，可立即得到測(cè)試結(jié)果，這將減輕測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短測(cè)試周期，降低測(cè)試費(fèi)用，解決了復(fù)雜構(gòu)件的試驗(yàn)問(wèn)題，為汽車排氣系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

1.RLDA數(shù)據(jù)采集

在零部件關(guān)鍵位置安裝傳感器，關(guān)鍵位置可以根據(jù)有限元分析結(jié)果選取。數(shù)據(jù)采集一般采用應(yīng)變片，方法為半橋或全橋貼法，采樣頻率為2048Hz。測(cè)試的方法根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者主機(jī)廠提供商的整車工裝樣車道路試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。車輛狀態(tài)一般為空載，半載，滿載，具體配重見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。試驗(yàn)路面分為組合壞路和高速環(huán)路等。

2.構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)

構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)是分析構(gòu)件承載能力的試驗(yàn)，目的是要得到構(gòu)件的P-S-N疲勞壽命曲線。

試驗(yàn)載荷分為低載荷和高載荷，通常要各做5件。試驗(yàn)前首先要確定載荷的大小，載荷獲得的基本原則一般為低載荷要求構(gòu)件在50萬(wàn)次左右失效，高載荷在5萬(wàn)次左右失效。

3.Miner 理論

Miner將Palmgren提出的疲勞損傷與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)成線性比這一假設(shè)公式化， 建立了著名的Miner準(zhǔn)則

其中， 每一級(jí)變幅循環(huán)應(yīng)力為Si， i=1， 2，， n，ni 為Si 的循環(huán)次數(shù)，Nci 為與Si 相對(duì)應(yīng)的疲勞壽命，即圖1 P-S-N曲線中對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)。

基于Miner準(zhǔn)則，可以將圖5中應(yīng)力Si對(duì)應(yīng)的ni與圖8種Si對(duì)應(yīng)的Ni進(jìn)行對(duì)比，求和即可得到損傷，

該部位的壽命為

一般認(rèn)為壽命在100以上為低風(fēng)險(xiǎn)。

4.結(jié)論

汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)前期的CAE分析得到系統(tǒng)的高風(fēng)險(xiǎn)部位，進(jìn)行實(shí)際的數(shù)據(jù)道路采集得到各個(gè)部位的載荷譜，通過(guò)構(gòu)件的疲勞壽命試驗(yàn)得到構(gòu)件P-S-N曲線，應(yīng)用Miner準(zhǔn)則計(jì)算各位置的損傷?？梢源蠓冉档驼囋囼?yàn)時(shí)的失效概率，從而節(jié)省金錢(qián)和時(shí)間成本。本文介紹的試驗(yàn)方法已應(yīng)用到眾多汽車的排氣系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，成為目前排氣系統(tǒng)在道路耐久性開(kāi)發(fā)的有效試驗(yàn)方法。

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