日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車測(cè)試網(wǎng)

  • 公眾號(hào)

    • 汽車測(cè)試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測(cè)試

（道路）載荷分布對(duì)于（車輛）耐久性工程的全局性和戰(zhàn)略性作用

2019-03-10 10:17:55·  來(lái)源：耐久論壇  作者：李旭東博士  
　
作者個(gè)人微信號(hào)：lixudong2008 （添加微信號(hào)請(qǐng)注明“姓名+工作單位”）
本篇文章將借助雙干涉模型，詳述（道路）載荷分布這一頂層輸入對(duì)于（車輛）耐久性工程下游的設(shè)計(jì)工作和試驗(yàn)工作的指引作用，借此闡述和強(qiáng)調(diào)（道路）載荷分布對(duì)于（車輛）耐久性工程的全局性和戰(zhàn)略性作用。
 
1、雙干涉模型

雙干涉模型是可靠性工程中非常實(shí)用和重要的一個(gè)模型，在車輛耐久性工程中同樣發(fā)揮著重要的作用。我們首先約定，盡管在表征相對(duì)損傷的時(shí)候我們有不少大同小異的量值可以選擇，但是，為了在討論今天這個(gè)話題時(shí)理解起來(lái)更方便，圖1中的橫軸我們選取為“等效載荷幅值的對(duì)數(shù)”。之所以還要取一個(gè)對(duì)數(shù)，是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為等效載荷幅值服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，取對(duì)數(shù)后容易處理。
圖1 雙干涉模型1
1.1 載荷分布——借助CUCO已經(jīng)搞定
    雙干涉模型的“左翼”——載荷分布，借助上一篇文章《客戶相關(guān)的道路載荷大數(shù)據(jù)獲取和道路載荷分布模型的構(gòu)建》介紹的西門子工業(yè)軟件公司的CUCO核心專利技術(shù)體系，已經(jīng)解決。與載荷分布相關(guān)的量值，我們都用下腳標(biāo)L（Load，載荷）予以標(biāo)識(shí)。比如載荷分布中，等效載荷幅值對(duì)數(shù)的樣本均值為，樣本方差為，等效載荷幅值的中位數(shù)為L(zhǎng)0.50=exp()，等等。借助CUCO，這些個(gè)數(shù)值目前我們都有了。

1.2 強(qiáng)度分布——對(duì)企業(yè)質(zhì)量管理體系和水平的考驗(yàn)
某OEM從某零部件供應(yīng)商購(gòu)進(jìn)（比如說(shuō)）排氣系統(tǒng)。從耐久性方面說(shuō)，排氣系統(tǒng)的質(zhì)量怎么樣？質(zhì)量是否穩(wěn)定？這需要OEM企業(yè)的相關(guān)部門進(jìn)行按時(shí)的抽樣檢驗(yàn)。
 
假設(shè)在一個(gè)批次的抽樣中，一共抽取了n個(gè)樣本。我們把這n個(gè)樣本，逐一放在疲勞試驗(yàn)機(jī)上按照相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。我們要記錄下在疲勞試驗(yàn)機(jī)上從開(kāi)始加載，一直到把試驗(yàn)件做壞期間，所施加的全部載荷歷程。將這一試驗(yàn)載荷歷程，按照之前我們介紹的與處理道路載荷完全相同的手段，處理成等效載荷幅值，從而獲得n個(gè)樣本yi。我們假設(shè)這n個(gè)樣本也服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布（可以通過(guò)檢測(cè)對(duì)這一假設(shè)進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)），我們把這種分布稱為（廣義）強(qiáng)度分布?？梢酝ㄟ^(guò)極大似然估計(jì)獲得其樣本均值和方差，以及強(qiáng)度分布中等效載荷幅值的中位數(shù)S0.50=exp()。這里，我們用下腳標(biāo)S（Strength，強(qiáng)度）標(biāo)識(shí)與強(qiáng)度分布相關(guān)的量值。這樣，我們就獲得了雙干涉模型的“右翼”。
可以明顯感覺(jué)到，從技術(shù)上講，“左翼”的獲取比“右翼”的獲取在技術(shù)上面臨的困難和挑戰(zhàn)要大的多。“右翼”的數(shù)據(jù)是否有積累，這里面本身沒(méi)有技術(shù)上的壁壘，主要看一個(gè)企業(yè)是否作為。

2、車輛耐久性工程的核心“距離”——Φ
當(dāng)建立了雙干涉模型后，我們可以用它把很多問(wèn)題解釋的很清楚。比如說(shuō)，為什么有的企業(yè)在更換了零部件供應(yīng)商以后，會(huì)出現(xiàn)原本不存在的質(zhì)量事故？如圖2下方的圖所示，一個(gè)可能的原因是新的零部件供應(yīng)商提供的零部件，質(zhì)量波動(dòng)變大（反映在變大），強(qiáng)度也發(fā)生了降低（反映在左移）。在車輛的其他設(shè)計(jì)和制造元素都沒(méi)有發(fā)生改變的情況下，這樣兩種動(dòng)向必然會(huì)引發(fā)事故增多。
因此，在我們花了大氣力、大本錢獲得了載荷分布和強(qiáng)度分布之后的任務(wù)，或者說(shuō)，我們之所以要花大氣力和大本錢來(lái)獲得載荷分布和強(qiáng)度分布的目的在于：通過(guò)后續(xù)一系列的設(shè)計(jì)工作和試驗(yàn)工作來(lái)確保雙干涉模型中的載荷分布與強(qiáng)度分布之間拉開(kāi)合適的距離。
這個(gè)距離太近（像剛才談到的更換比較糟糕的零部件供應(yīng)商就使得這個(gè)距離太近了），將會(huì)引發(fā)失效率飆升；這個(gè)距離太遠(yuǎn)，像圖2上方的那個(gè)圖所示，將會(huì)引起過(guò)設(shè)計(jì)，這部車的輕量化、燃油經(jīng)濟(jì)性等方面的指標(biāo)肯定好不到哪里去，或者說(shuō)還有很大的潛力來(lái)把這些指標(biāo)提升的更好。
所以，這個(gè)距離大了不行，小了不行，要?jiǎng)倓偤?。這是一個(gè)度的把握！車輛耐久性工程的核心問(wèn)題就落腳在把握好這個(gè)度，并通過(guò)之后的一系列設(shè)計(jì)工作和試驗(yàn)工作來(lái)確保和落實(shí)這個(gè)度！
如何來(lái)定量的描述這個(gè)度？我們習(xí)慣上使用如下的這個(gè)非常重要的量來(lái)定量刻畫(huà)強(qiáng)度分布與載荷分布之間的距離-：
Φ=exp（-）= exp()/exp()= S0.50/L0.50
可以看到，如果-表示的這個(gè)距離越大，Φ就越大，而Φ實(shí)際表征的是S0.50/L0.50，也就是強(qiáng)度中位數(shù)相對(duì)于載荷中位數(shù)的倍數(shù)。我們習(xí)慣上稱Φ為中心安全系數(shù)（CentralSafety Factor）。
圖2 從雙干涉模型感受“度”的把握及其重要性1
3 運(yùn)用二階法（Second-MomentMethod）來(lái)把握好這個(gè)度
不難證明，如果雙干涉模型中左右兩個(gè)分布都服從正態(tài)分布（根據(jù)之前的假設(shè)，對(duì)等效載荷幅值取對(duì)數(shù)后，載荷分布和強(qiáng)度分布都服從正態(tài)分布），那么有
其中，β為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的上pF分位點(diǎn)。
這是一個(gè)至關(guān)重要的關(guān)系！因?yàn)檫@個(gè)關(guān)系說(shuō)明：對(duì)于由兩個(gè)正態(tài)分布構(gòu)成的雙干涉模型來(lái)說(shuō)，兩個(gè)分布的離散程度（+），與我們要把握的這個(gè)度lnΦ=-，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N(0,1)與一個(gè)失效率pF關(guān)聯(lián)了起來(lái)！
 
當(dāng)我們沒(méi)有辦法改變載荷分布和強(qiáng)度分布的離散程度時(shí)，減小失效率pF（或者說(shuō)提高可靠性），需要拉大強(qiáng)度與載荷之間的距離，反之亦然。這個(gè)距離，或者說(shuō)我們要把握好的這個(gè)度，由于與失效率pF（或者說(shuō)可靠性）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N(0, 1)完美的關(guān)聯(lián)起來(lái)，而得到了數(shù)量上的確定性關(guān)系！在這其中發(fā)揮重要作用的分位點(diǎn)β，我們習(xí)慣上稱它為可靠性指數(shù)（Reliability Index）。
 
如何把握這個(gè)度？最終落腳在如何設(shè)定產(chǎn)品的可靠性指數(shù)（或者說(shuō)失效率，或者說(shuō)可靠性）上來(lái)。對(duì)于這個(gè)度最終確定，早已超出了耐久性工程的范疇，甚至早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了純技術(shù)的話題和范疇，它反映了企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量與成本等諸多矛盾方面的妥協(xié)與平衡。
 
企業(yè)的終極目標(biāo)，并不是不顧一切的向客戶提供最耐久的產(chǎn)品，而是實(shí)現(xiàn)（長(zhǎng)期）利潤(rùn)的最大化。這是一個(gè)經(jīng)典的優(yōu)化問(wèn)題，其中企業(yè)的（長(zhǎng)期）利潤(rùn)是目標(biāo)函數(shù)，而耐久性，或者說(shuō)我們要選取的這個(gè)指標(biāo)pF，只不過(guò)是眾多的約束條件之一。
 
圖3是這樣一種核心和艱難的決策結(jié)果的一個(gè)范例2。我們可以看到，企業(yè)在做這樣一種決策時(shí)所要考慮的問(wèn)題：同等情況下，安全性測(cè)試方面的相對(duì)花費(fèi)比較低的話，企業(yè)可以承受將可靠性提高一些；同等情況下，如果失效引發(fā)的后果很嚴(yán)重（這里面涉及到將零部件依據(jù)其失效引發(fā)事故的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類的工作），企業(yè)愿意將可靠性提高一些。
圖3 目標(biāo)可靠性指數(shù)β與一年參考期和最終極限狀態(tài)有關(guān)2
無(wú)論多么糾結(jié)與痛苦，一旦企業(yè)明確給出了類似圖3所示的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或目標(biāo)，我們?nèi)绾伟盐漳途眯怨こ讨械倪@個(gè)度的問(wèn)題，便迎刃而解了：
我們把這個(gè)與特定的β相關(guān)聯(lián)的Φ，常常標(biāo)注為ΦTarget，如圖4所示，強(qiáng)調(diào)和提醒：這是我們?cè)趯?duì)于載荷離散性和產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)無(wú)法干預(yù)的情況下，為了確保一定的產(chǎn)品可靠性，而需要在強(qiáng)度和載荷之間拉開(kāi)的目標(biāo)距離。
 
我們將看到，耐久性工程下游所有的設(shè)計(jì)工作和試驗(yàn)工作，都是為了確保這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。或者說(shuō)，ΦTarget的確定，為下游所有的設(shè)計(jì)工作和試驗(yàn)驗(yàn)證工作明確了目標(biāo)。因此，雙干涉模型的建立，對(duì)于耐久性工程具有全局性和戰(zhàn)略性的指導(dǎo)意義，是一種頂層輸入。而剛才我們談過(guò)，相對(duì)于雙干涉模型的右翼來(lái)說(shuō)，左翼的載荷分布是更加難以獲取和駕馭的分布，因此我們才不止一次的強(qiáng)調(diào)過(guò)，載荷分布對(duì)于（車輛）耐久性工程來(lái)說(shuō)是一種具有全局性和戰(zhàn)略性的頂層輸入，因此我們也才在“耐久論壇”開(kāi)立之初，撇開(kāi)一系列的具體技術(shù)不談，迫不及待的首先把西門子工業(yè)軟件公司的CUCO技術(shù)加以介紹。
圖4 雙干涉模型及其對(duì)（車輛）耐久性工程下游全部設(shè)計(jì)和試驗(yàn)工作的全局性和戰(zhàn)略性指導(dǎo)作用3
 
4 雙干涉模型對(duì)于設(shè)計(jì)工作的指導(dǎo)
 
4.1 設(shè)計(jì)載荷Ldl的確定
在通過(guò)CUCO項(xiàng)目獲取載荷分布后，一般選取覆蓋90％到95％客戶使用習(xí)慣的載荷作為設(shè)計(jì)載荷，不建議選擇的更高，不建議超過(guò)95％的覆蓋范圍。
 
4.2 設(shè)計(jì)工作的任務(wù)
 
一切設(shè)計(jì)工作的任務(wù)，在于保證所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)載荷的作用下，其名義強(qiáng)度（Norminal Strength）滿足ΦTarget所確定的強(qiáng)度中位數(shù)與載荷中位數(shù)之間的距離。這里面一個(gè)比較實(shí)用和具有可操作性的指標(biāo)是Φdl=S0.50/Ldl，我們習(xí)慣上稱之為局部安全系數(shù)（ParticalSafety Factor）。這一指標(biāo)很明確的給出了強(qiáng)度中位數(shù)與設(shè)計(jì)載荷之間的距離，而通過(guò)這一距離我們很容易的做出比對(duì)和判斷：與設(shè)計(jì)載荷對(duì)應(yīng)的名義強(qiáng)度是不是太高了，需要修改設(shè)計(jì)降一降；或者是太低了，結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步優(yōu)化。我們的中心安全系數(shù)ΦTarget已經(jīng)千呼萬(wàn)喚始出來(lái)，一個(gè)很自然的思路是，建立Φdl與ΦTarget之間的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系很簡(jiǎn)單：
上式中ΦTarget已經(jīng)有了（這個(gè)是核心的、困難的和全局的），在選擇設(shè)計(jì)載荷Ldl到底準(zhǔn)備覆蓋多少客戶之時(shí)就已經(jīng)確定了，因此，就確定了。

5、雙干涉模型對(duì)于試驗(yàn)工作的指導(dǎo)
 
（車輛）耐久性工程中的試驗(yàn)有兩大類：一類，稱為特征試驗(yàn)（Characterizing Test），我們?cè)?.2小節(jié)談到的為了獲取強(qiáng)度分布而開(kāi)展的試驗(yàn)，就屬于特征試驗(yàn)；另一類，稱為驗(yàn)證試驗(yàn)（Verification Test）。雙干涉模型對(duì)于全部驗(yàn)證試驗(yàn)都有重要的指導(dǎo)作用，事實(shí)上，雙干涉模型與驗(yàn)證試驗(yàn)之間本來(lái)就存在著天然的邏輯關(guān)系。
 
我們?cè)诘?節(jié)通過(guò)二階法給出了產(chǎn)品要達(dá)到一定的可靠性指標(biāo)，強(qiáng)度和載荷之間要拉開(kāi)的合理距離，那么驗(yàn)證試驗(yàn)實(shí)際上就是要通過(guò)試驗(yàn)確定，這個(gè)距離能不能保證？當(dāng)作用在試驗(yàn)對(duì)象上的試驗(yàn)載荷Lvl達(dá)到甚至超過(guò)（我們馬上講為什么要超過(guò)）目標(biāo)強(qiáng)度時(shí)，相關(guān)結(jié)構(gòu)是否會(huì)出現(xiàn)異常。因此，雙干涉模型對(duì)于驗(yàn)證試驗(yàn)載荷譜Lvl的指導(dǎo)意義在于：基于實(shí)際的（道路）載荷譜，按照既定的L0.50，將其向著試驗(yàn)載荷譜放大到。這是在確定試驗(yàn)載荷譜Lvl時(shí)對(duì)于實(shí)際（道路）載荷譜L0.50的第一次放大。在此基礎(chǔ)上，還要再放大一次。
為什么還要再放大呢？因?yàn)樵囼?yàn)對(duì)象強(qiáng)度分布的固有離散性。我們選擇一個(gè)試件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，與選擇多個(gè)試驗(yàn)件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，自然會(huì)覺(jué)得試驗(yàn)次數(shù)越多，試驗(yàn)結(jié)果越可信。原因在于，試驗(yàn)對(duì)象強(qiáng)度分布的固有離散性，使得我們?cè)谶x擇較少的樣本量進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，很有可能因?yàn)?ldquo;運(yùn)氣好”抽到幾個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)質(zhì)量比較高的試驗(yàn)件，從而“僥幸”通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)，而使得試驗(yàn)結(jié)果失真。因此，為了使我們?cè)谶x取少量、甚至只進(jìn)行一次驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果仍然能達(dá)到設(shè)定的置信度，我們需要把試驗(yàn)對(duì)象強(qiáng)度分布的固有離散性（這反映了試驗(yàn)對(duì)象的質(zhì)量波動(dòng)）考慮在內(nèi)，再次加強(qiáng)試驗(yàn)載荷譜至原來(lái)的k倍。我們?cè)凇兜缆吩囼?yàn)??！這到底要開(kāi)多遠(yuǎn)才是個(gè)頭？——抽樣分布與最小樣本量的確定》一文中在介紹最小樣本量的確定時(shí)談到過(guò)區(qū)間估計(jì)的概念，在確定k值時(shí)就是針對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的強(qiáng)度分布而進(jìn)行的區(qū)間估計(jì)。因此可以知道，計(jì)劃進(jìn)行的試驗(yàn)次數(shù)越少、希望達(dá)到的試驗(yàn)結(jié)果置信度越高、試驗(yàn)對(duì)象的質(zhì)量波動(dòng)越大，我們需要把k值取得越大。故此，試驗(yàn)載荷為
6、車輛耐久性工程整體流程以及再次強(qiáng)調(diào)載荷分布的系統(tǒng)性和全局性作用
 
如圖6所示，給出了車輛耐久性工程的整體流程。無(wú)論是實(shí)施CUCO項(xiàng)目還是借鑒已有的強(qiáng)化路面試驗(yàn)規(guī)范，我們需要基于相似車型進(jìn)行道路載荷數(shù)據(jù)采集（圖6左一）和數(shù)據(jù)處理（圖6左二），建立耐久性工程的載荷邊界；載荷、幾何和材料三方面因素完整后，可以開(kāi)展以多體動(dòng)力學(xué)（MBS）、有限元（FEM）和疲勞壽命分析（FLP）為核心的三個(gè)層面的求解，構(gòu)成系統(tǒng)級(jí)的耐久性仿真設(shè)計(jì)（圖6左三）；緊接著需要開(kāi)展物理樣機(jī)的驗(yàn)證試驗(yàn)，來(lái)確保產(chǎn)品的可靠性；在整車試驗(yàn)場(chǎng)驗(yàn)證方面，需要開(kāi)展以試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)范的制定為前提的整車強(qiáng)化路面試驗(yàn)，從而完成車輛耐久性工程的閉環(huán)。
 
從本篇文章我們可以清晰的看到：載荷分布是構(gòu)成雙干涉模型中最困難的環(huán)節(jié)，在構(gòu)成了雙干涉模型后，可以基于企業(yè)可靠性決策明確強(qiáng)度與載荷之間的安全裕度，從而指導(dǎo)下游的設(shè)計(jì)和臺(tái)架試驗(yàn)。而載荷分布對(duì)于車輛試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)范制定方面的指導(dǎo)作用在上一篇文章《客戶相關(guān)的道路載荷大數(shù)據(jù)獲取和道路載荷分布模型的構(gòu)建》已經(jīng)明確，即試驗(yàn)場(chǎng)驗(yàn)證規(guī)范是以CUCO項(xiàng)目獲得的覆蓋（比如說(shuō)）95％客戶群體的載荷邊界為目標(biāo)，通過(guò)CombiTrack技術(shù)制定的。
 
這樣，我們應(yīng)該比較明確的詳細(xì)闡釋和強(qiáng)調(diào)了：以CUCO項(xiàng)目為依托獲取的與特定客戶群體相關(guān)的道路載荷分布，對(duì)于車輛耐久性工程的全局性、戰(zhàn)略性和極端重要性，是一個(gè)名副其實(shí)的頂層輸入。一旦這個(gè)輸入出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)偏性，將把這一偏性帶入耐久性工程的全部下游工作。
圖5 車輛耐久性工程的整體流程1
 
參考文獻(xiàn)
1. 來(lái)源于西門子工業(yè)軟件有限公司內(nèi)部資料.
2.JCSS. Probabilistic model code. ISBN 978-3-309 386-79-6, 08 2001.
3. P.Johannesson, M. Speckert, Guide to load analysis for durability in vehicleengineering, 2014, Edition I, John Wiley & Sons, Ltd.

作者簡(jiǎn)介
李旭東，2003年畢業(yè)于大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位；2008年畢業(yè)于北京大學(xué)力學(xué)系固體力學(xué)專業(yè)，獲理學(xué)博士學(xué)位。2008年至2014年，就職于中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，歷任工程師、高級(jí)工程師；2015年至今，就職于西門子工業(yè)軟件（北京）有限公司，任職耐久性應(yīng)用工程師。長(zhǎng)期專注于（金屬）材料和結(jié)構(gòu)耐久性和損傷容限分析方法研究。
分享到：
 
反對(duì) 0 舉報(bào) 0 收藏 0 評(píng)論 0
滬ICP備11026917號(hào)-25