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載荷譜采集與編輯
2021-12-07 19:25:47· 來源：驅(qū)動視界
汽車載荷譜的定義兩個基本概念疲勞破壞車輛在行駛過程中，由于路面不平度的激勵輸入，各個部件受到隨機(jī)的交變載荷作用，導(dǎo)致部件產(chǎn)生微裂紋并擴(kuò)展，直至部件突然
汽車載荷譜的定義
兩個基本概念
疲勞破壞
車輛在行駛過程中，由于路面不平度的激勵輸入，各個部件受到隨機(jī)的交變載荷作用，導(dǎo)致部件產(chǎn)生微裂紋并擴(kuò)展，直至部件突然斷裂的現(xiàn)象.
載荷譜
外部載荷的時間歷程作用在結(jié)構(gòu)上，引起結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，響應(yīng)信號一般包括應(yīng)力應(yīng)變、加速度、位移、力和力矩等，響應(yīng)的時間歷程經(jīng)過分析處理，得到各種形式的累計頻次分布、統(tǒng)計特性、頻域特性、幅值域與雨流矩陣等以數(shù)據(jù)、曲線、圖表表達(dá)的載荷信息。
載荷譜的用途
載荷譜采集在仿真計算中的應(yīng)用
支持仿真計算部門工作
提供計算所需載荷數(shù)據(jù)
驗證計算模型的準(zhǔn)確性
驗證計算結(jié)果的有效性
載荷譜采集在試驗中應(yīng)用
建立道路試驗規(guī)范
建立試驗室試驗規(guī)范
虛擬試驗邊界條件
載荷譜采集（用戶道路）
用戶道路載荷試驗
用戶試驗特點
反映用戶實際使用工況
考察整車各項性能
采集用戶道路載荷譜信息
用戶信息收集
收集用戶道路載荷譜信息
用戶使用情況跟蹤調(diào)查
為耐久性加速強(qiáng)化試驗創(chuàng)造條件
用戶道路典型路況
用戶道路試驗方案的確定
原則
反映用戶道路狀況
反映用戶車輛狀態(tài)
反映駕駛員駕駛特性
代表性與典型性
載荷譜采集（試車場）
試車場道路試驗
試驗特點
用戶道路狀況進(jìn)行強(qiáng)化集中
通過有限的典型路況模擬用戶道路
縮短耐久性試驗周期
對比性、重復(fù)性好
開發(fā)性試驗
為室內(nèi)等效試驗提供原始載荷譜
為用戶等效道路載荷譜計算提供載荷數(shù)據(jù)
為整車和零部件設(shè)計開發(fā)提供載荷數(shù)據(jù)
試車場典型道路構(gòu)成
目的
重現(xiàn)汽車使用過程中遇到的各種道路條件和使用條件，進(jìn)行汽車整車道路試驗的場所，為滿足汽車的試驗要求試驗場將實際存在的各種道路經(jīng)過集中、濃縮、不失真地強(qiáng)化形成典型化的道路。
構(gòu)成
包括高速環(huán)形跑道、高速直線跑道、可靠性強(qiáng)化試驗路段、耐久性試驗跑道、爬坡試驗路以及特殊試驗路段（如噪聲試驗路段、“比利時路”、搓板路、隨機(jī)波形路、扭曲路、越野路、涉水路等）。
中國四大公共試車場
國內(nèi)其他試車場
試車場與環(huán)境氣候條件
試車場典型道路構(gòu)成
試車場典型道路
載荷譜采集（信號采集系統(tǒng)）
試驗車輛傳感器布置
車輛傳感器布置—六分力車輪載荷傳感器
車輛傳感器布置—應(yīng)變傳感器（底盤）
車輛傳感器布置—應(yīng)變傳感器（車身）
車輛傳感器布置—位移傳感器
車輛傳感器布置—加速度傳感器
采譜零部件標(biāo)定
采集信號的編輯
載荷譜信號的檢驗
載荷譜信號處理分析
消除奇異值
消除趨勢向
穩(wěn)態(tài)性檢驗(平穩(wěn)性檢驗)
理論上：隨機(jī)過程總體檢驗；
工程上：把單個時間歷程記錄分若干段，每段的統(tǒng)計特征此一樣的隨機(jī)信號。
載荷譜信號的統(tǒng)計
載荷信號的幅值直方圖
1.幅值直方圖：是載荷譜研究及壽命預(yù)估中用得最多的一種幅值分布表示法。
有三種常用方法：
1） 幅值頻次圖
橫坐標(biāo)——幅值
縱坐標(biāo)——出現(xiàn)的次數(shù)
2）幅值概率圖
橫坐標(biāo)--幅值
縱坐標(biāo)--響應(yīng)幅值出現(xiàn)的近似概率
如果幅值X1出現(xiàn)的次數(shù)n1，樣本的總次數(shù)為N，則該幅值的近似概率為
3）實驗幅值密度分布直方圖
橫坐標(biāo)--幅值
縱坐標(biāo)--相應(yīng)幅值的近似概率密度
載荷信號的幅值直方圖
三種幅值直方圖在形狀上是一樣的，區(qū)別僅在于縱坐標(biāo)的物理含義不同。
當(dāng)Δx=0時可得到載荷的概率密度函數(shù)曲線，如圖虛線所示。
載荷信號的累積頻次圖
2. 幅值累計頻次圖
橫坐標(biāo)——幅值出現(xiàn)的累積次數(shù)（多以對數(shù)標(biāo)尺）
縱坐標(biāo)——幅值
通常累計頻次按幅值由大到小累加；
當(dāng)Δx→0時，則表現(xiàn)為一根連續(xù)的曲線。
載荷信號的累積頻次圖
載荷分析中的一次采樣和二次采樣
一次采樣：信號采集并離散成數(shù)據(jù)序列的過程。
二次采樣：從數(shù)據(jù)序列中找出載荷變化幅值大小并計數(shù)，稱為二次采樣，即幅值計數(shù)法。它能反映機(jī)件疲勞損傷程度。
主要的計數(shù)法有四種
峰值計數(shù)法(Peak count),
振程計數(shù)法(Range count),
雨流計數(shù)法(Rainflow Counting)。
峰值計數(shù)法
全峰值計數(shù)法
對所有峰、谷進(jìn)行統(tǒng)計計數(shù)。
部分峰值計數(shù)法
大于 μχ 只計正峰值，小于 μχ 只計負(fù)峰值(谷值)，分別畫出直方圖。
跨均值峰值計數(shù)法
只統(tǒng)計往返跨越均值兩次的最大正峰、負(fù)峰值,而對其間的過渡峰則忽略不計。
振程計數(shù)法（簡單振程計數(shù)法）
方法機(jī)理：機(jī)件的疲勞損傷主要取決于載荷變化的大小。
振程：載荷時間歷程相鄰峰谷間的距離。
(1)簡單振程計數(shù)法（Range）
不考慮該振程距零載荷的距離，僅統(tǒng)計相鄰峰值與谷值之間的距離。
忽略了載荷的靜態(tài)分量。
(2)振程均值計數(shù)(Range Mean)不僅統(tǒng)計振程 ri ，也統(tǒng)計該振程中點至載荷零點距離mi。
(3)振程對均值計數(shù)
(Range Pair Mean Method)
先取較小ri 與mi，并將ri、mi從時間歷程中消去；再從剩下的時間歷程中取小的，依次類推，直至采完。
這種方法考慮到局部載荷循環(huán)又考慮到大的載荷循環(huán)，比較合理。
雨流計數(shù)法基本考慮
宏觀上：結(jié)構(gòu)承載后宏觀上應(yīng)力水平雖處在彈性范圍；
微觀上：由于材料的局部缺陷、加工和制造上的一些問題等原因，使機(jī)件上局部存在裂紋源、或受載后產(chǎn)生裂紋源。裂紋源處產(chǎn)生集中應(yīng)力，它往往超過材料的彈性極限而進(jìn)入塑性區(qū)。機(jī)件承受循環(huán)載荷時，局部應(yīng)力應(yīng)變不再存在線性關(guān)系，應(yīng)變總是遲后于應(yīng)力，從而形成應(yīng)力應(yīng)變遲滯回線。
雨流法特點，載荷幅值計數(shù)將這些遲滯回線的大小幅值和大小循環(huán)都記錄下來進(jìn)行統(tǒng)計。
雨流計數(shù)法
雨流計數(shù)法（又叫塔頂法）有較嚴(yán)密的力學(xué)基礎(chǔ)，是目前在疲勞設(shè)計和疲勞試驗中用的最廣泛的一種計數(shù)方法。
(1)基本假設(shè)：大振程的封閉遲滯回線不受較小應(yīng)力循環(huán)遲滯回線截斷。
(2)方法：將較小的遲滯循環(huán)從時歷中取出，并形成新時歷；每取一個循環(huán)時歷重新組合。
計數(shù)規(guī)則
雨流從每個峰內(nèi)側(cè)開始順斜坡下流，在下一個峰值處落下，直到對面有一個比開始點更大的峰時為止；
當(dāng)雨流遇到來自上層斜面落下的雨流時就截止；
按上述規(guī)定取出所有全循環(huán)并記下幅值，直到剩下的時歷成為發(fā)散收斂型；
將剩下的發(fā)散收斂型時歷變成收斂發(fā)散型，再重復(fù)計數(shù)。
載荷譜信號統(tǒng)計的應(yīng)用
載荷譜統(tǒng)計的應(yīng)用
等幅值加載
Miner 線性損傷累積理論
汽車零部件單級、多級載荷試驗
假設(shè)：試車場xxxxxKm的損傷總和為1
汽車零部件單級、多級載荷試驗
整車或道路模擬載荷試驗
汽車車頭道路模擬試驗
汽車車橋道路模擬試驗
載荷譜外推
載荷譜的應(yīng)用簡介
整車耐久性試驗
車橋耐久性試驗
零部件總成耐久性試驗
整車耐久性試驗
零部件耐久性試驗
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