汽車零部件疲勞試驗(yàn)

1、程序載荷疲勞試驗(yàn)?zāi)夸?程序疲勞試驗(yàn)方法 零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā) 疲勞耐久試驗(yàn)策略程序疲勞試驗(yàn)方法 道路載荷數(shù)據(jù)采集：駕駛習(xí)慣、隨機(jī)因素的影響:n 名司機(jī)、每一子規(guī)范 m 次重復(fù)采集每一子規(guī)范共 n*m 個(gè)載荷樣本。程序疲勞試驗(yàn)方法 計(jì)算每個(gè)子規(guī)范一個(gè)循環(huán)樣本載荷的雨流矩陣： 對(duì)每個(gè)子規(guī)范一個(gè)循環(huán)樣本載荷的共 n*m 個(gè)R-M雨流矩陣按百分位擴(kuò)展（似然分析）并選定分位；程序疲勞試驗(yàn)方法 根據(jù)各子規(guī)范的循環(huán)次數(shù)，將（選定分位）一個(gè)循環(huán)的雨流矩陣擴(kuò)展、外推到母體（對(duì)于來自試車場道路采集的載荷可以直接乘以循環(huán)次數(shù)）；程序疲勞試驗(yàn)方法 將各個(gè)子規(guī)范的雨流矩陣進(jìn)行疊加，得到耐久試驗(yàn)總規(guī)范載荷雨流矩陣，

2、并根據(jù)材料/零件的 S-N 曲線計(jì)算: 總載荷雨流矩陣中每一元素的疲勞損傷; 計(jì)算每一元素1次循環(huán)的疲勞損傷;程序疲勞試驗(yàn)方法 產(chǎn)生載荷譜：1、循環(huán)特性R=-1（不考慮均值影響）：沿 Range 軸對(duì)損傷求和。損傷矩陣1）多級(jí)載荷譜：根據(jù) S-N 曲線將各 Range 所對(duì)應(yīng)的總損傷折算成與Range 相應(yīng)的循環(huán)次數(shù);程序疲勞試驗(yàn)方法2）單級(jí)載荷譜：a. 規(guī)定總的循環(huán)次數(shù)，根據(jù) S-N 曲線將各 Range 的損傷總和折算到相應(yīng)的Range 。b. 根據(jù)技術(shù)要求選定試驗(yàn)載荷 Range，根據(jù) S-N 曲線將各 Range 的損傷總和折算成對(duì)應(yīng)于選定 Range的循環(huán)次數(shù)。程序疲勞試驗(yàn)方法2、任

3、意循環(huán)特性（考慮實(shí)際均值的影響）：1）多級(jí)載荷譜：在損傷矩陣中選定多個(gè)元素（Mean、Range）作為試驗(yàn)載荷、同時(shí)規(guī)定總的循環(huán)次數(shù)，將其余元素的損傷折算到選定的各個(gè)元素上并保證總次數(shù)滿足規(guī)定要求；程序疲勞試驗(yàn)方法2）單級(jí)載荷譜：a. 根據(jù)技術(shù)要求在損傷矩陣中選定一個(gè)元素（Mean、Range）作為試驗(yàn)載荷，并計(jì)算其一次循環(huán)損傷，將損傷總和折算成對(duì)應(yīng)于選定試驗(yàn)載荷的循環(huán)次數(shù)。例：選定（Mean=1000N, Range=8000N）為試驗(yàn)載荷，則：一次循環(huán)的損傷等于：2.9E-2/1000 = 2.9E-5將總損傷折算到試驗(yàn)載荷，形影的總循環(huán)次數(shù)為：9.3E-1/2.9E-5 = 31730程

4、序疲勞試驗(yàn)方法b. 規(guī)定總的循環(huán)次數(shù)，將損傷總和折算到相應(yīng)的元素上并保證總次數(shù)滿足規(guī)定要求；例：選擇試驗(yàn)總循環(huán)次數(shù)為：100000 則：零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā) 后橋剎車載荷疲勞試驗(yàn)：1、剎車工況后橋受力及最大設(shè)計(jì)技術(shù)要求：前進(jìn)剎車：F RF ( a / g ) W R ( a / g ) (WH / L )倒車剎車：F RR ( a / g ) W R ( a / g ) (WH / L )技術(shù)參數(shù)WWRHLr制動(dòng)減速度amaxFRFFRR量值2562128064030893410.80.567107578單位kgkgmmmmmmgNN說明整車滿載載重滿載后橋軸荷中心到地面高度前后軸距車輪

5、滾動(dòng)半徑前進(jìn)倒車前進(jìn)剎車后輪接地面制動(dòng)反力倒車剎車后輪接地面制動(dòng)反力零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)2、按照試驗(yàn)規(guī)范采集道路行駛載荷，綜合道路采集的左、右輪的剎車力矩得到后橋總剎車力矩 My:My=LR_My+RR_MyLR_MyRR_MyLR_My+RR_My零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)3、將道路采集的各子規(guī)范后橋總剎車力矩轉(zhuǎn)化成車輪接地面上的總縱向力Fx 總剎車力矩除以車輪滾動(dòng)半徑( Fx=My/r)并統(tǒng)計(jì)總體極值?？梢钥闯龅缆凡杉d荷的總體極值小于最大設(shè)計(jì)載荷。剎車力剎車力矩零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)4、 利用S N曲線，計(jì)算各子規(guī)范測量車輪接地面上的總縱向力對(duì)后橋的損傷強(qiáng)度d?？梢钥闯龀^ 9

6、9% 的損傷來自Test_M01，Test_M03， Test_M07，Test_M10貢獻(xiàn)。應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，S N 曲線截距C =16，S N 曲線斜率b = 0.2 d K f * ( Range / C ) ( 1 / b )子規(guī)范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12損傷強(qiáng)度/循環(huán)0.7428479780.001126261.0853145440.00179980.0099863210.0006181861.8416930880

7、.0008165190.0001120720.069341940.0095561540.002810221運(yùn)行次數(shù)800200200500300202002002002200250100累計(jì)損傷強(qiáng)度5.943E+022.253E012.171E+028.999E012.996E+001.236E023.683E+021.633E012.241E021.526E+022.389E+002.810E01累計(jì)百分比損傷強(qiáng)度44.4%0.0%16.2%0.1%0.2%0.0%27.5%0.0%0.0%11.4%0.2%0.0%累計(jì)總損傷強(qiáng)度：1.339E+3 ( 1 / b )零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開

8、發(fā)5、以最大設(shè)計(jì)載荷作為試驗(yàn)載荷。計(jì)算每一次前進(jìn)剎車和倒車剎車車輪接地面縱向力對(duì)后橋的損傷強(qiáng)度，并按照前進(jìn)剎車和道車剎車10:1，折算出對(duì)應(yīng)于測量累計(jì)總損傷強(qiáng)度的前進(jìn)和倒車剎車循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，S N 曲線截距C =16，S N 曲線斜率b = 0.2 d K f * ( Range / C )零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)6、按照耐久試驗(yàn)規(guī)范計(jì)算道路試驗(yàn)的總載荷雨流矩陣，比較對(duì)應(yīng)于 FRF、FRF的測量和計(jì)算循環(huán)次數(shù)。前進(jìn)剎車倒車剎車零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)7、后橋剎車載荷疲勞試驗(yàn)臺(tái)作動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)架WRg零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā) 后橋側(cè)向載荷疲勞試驗(yàn)：1、后橋側(cè)向受力及最大設(shè)計(jì)載

9、荷技術(shù)要求：懸架壓縮時(shí)側(cè)向載荷：F I a 2懸架伸張時(shí)側(cè)向載荷：WRTH)FO W2Ra WRTH技術(shù)參數(shù)WWRHTr加速度 amax摩擦系數(shù) FIFO量值2562128064015903410.80.80.782491563單位kgkgmmmmmmNN說明整車滿載載重滿載后橋軸荷中心到地面高度后輪距車輪滾動(dòng)半徑側(cè)向加速度InboardOutboard懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳壹軌嚎s時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳α悴考绦蜉d荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)2、按照試驗(yàn)規(guī)范采集道路行駛載荷，綜合道路采集的左、右輪的側(cè)向力得到后橋總側(cè)向力 Fy: Fy=LR_Fy+RR_FyLR_FyRR_FyLR_Fy+RR_Fy零

10、部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)3、統(tǒng)計(jì)道路采集的各子規(guī)范后橋平均側(cè)向力總體極值并于最大設(shè)計(jì)側(cè)向載荷比較 可以看出道路采集載荷的總體極值小于最大設(shè)計(jì)載荷。4零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)4、利用S N曲線，計(jì)算各子規(guī)范測量平均側(cè)向力對(duì)后橋的等損傷強(qiáng)度?？梢钥闯鼋咏?9%的損傷來自Test_M04，Test_M06，Test_M7，Test_M10，Test_M12，貢獻(xiàn)。應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，S N 曲線截距C =16，S N 曲線斜率b = 0.2 d K f * ( Range / C ) ( 1 / b )子規(guī)范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test

11、_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12損傷強(qiáng)度/循環(huán)0.0028448072.992E038.010E042.590E023.314E033.898E013.206E012.286E021.008E023.204E016.962E041.088E01運(yùn)行次數(shù)800200200500300202002002200250100累計(jì)損傷強(qiáng)度2.276E+005.983E011.602E011.295E+019.943E017.796E+006.412E+014.573E+004.030E027.048E+021.740E011.088

12、E+01累計(jì)百分比損傷強(qiáng)度0.3%0.1%0.0%1.6%0.1%1.0%7.9%0.6%0.0%87.1%0.0%1.3%累計(jì)總損傷強(qiáng)度：8.094E+2零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)5、以最大設(shè)計(jì)載荷作為試驗(yàn)載荷。計(jì)算每一次從壓縮到伸張過程的側(cè)向力循環(huán)對(duì)后橋的損傷強(qiáng)度，折算出對(duì)應(yīng)于測量累計(jì)總損傷強(qiáng)度循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，S N 曲線截距C =16，S N 曲線斜率b = 0.2 d K f * ( Range / C ) ( 1 / b )懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳Γ?8.25kN:懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳Γ?1.56kN:Range=9.81kN一次循環(huán)的損傷強(qiáng)度:d=0.1

13、73291等效于累計(jì)總損傷強(qiáng)度的循環(huán)次數(shù):N=4671減小載荷增加循環(huán)次數(shù) 65% Range懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳Γ?8.25kN:懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳Γ?1.56kN:Range=6.38kN一次循環(huán)的損傷強(qiáng)度:d=0.173291等效于累計(jì)總損傷強(qiáng)度的循環(huán)次數(shù):N=40256零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)6、按照耐久試驗(yàn)規(guī)范計(jì)算道路試驗(yàn)的平均側(cè)向載荷雨流矩陣，比較對(duì)應(yīng)于 Range=9.81kN的測量和計(jì)算循環(huán)次數(shù)。Force(N)Force(N)Time(sec.)零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開發(fā)7、后橋側(cè)向載荷疲勞試驗(yàn)臺(tái)LR_Fy7000400010002000左后載荷譜（LR_

14、Fy）RR_Fy0 0.20.40.6 0.811.21.41.61.8右后載荷譜（RR_Fy）2 2.22.42.62.8 303000600090000 0.20.40.60.8 1 1.21.41.61.8 2 2.22.42.62.8 3Time(sec.)疲勞耐久試驗(yàn)策略產(chǎn)品可靠性要求：規(guī)定條件： 確定載荷強(qiáng)度-選擇試驗(yàn)規(guī)范（載荷、溫度、壓力、振動(dòng)/沖 擊、腐蝕）；規(guī)定時(shí)間：可靠性壽命（時(shí)間、里程) 、置信水平（樣本數(shù)、壽命循環(huán)數(shù)）；規(guī)定功能：失效判據(jù)、失效等級(jí)。發(fā)生頻率（%）用戶數(shù)量疲勞耐久試驗(yàn)策略 規(guī)定試驗(yàn)條件-確定試驗(yàn)規(guī)范（載荷）：1、等效不同的用戶使用；2、滿足不同的可靠度要

15、求。不同的車輛使用、試驗(yàn)強(qiáng)度80%60%40%Tier_1Tier_2Tier_3PGTestGLOBAL20%0%02468使用強(qiáng)度10121416嚴(yán)重度Microsoft ExcelWorksheet疲勞耐久試驗(yàn)策略可靠性壽命可靠度：在規(guī)定的條件和時(shí)間，產(chǎn)品可能完成規(guī)定功能（可靠的-存活），也可能完不成規(guī)定功能（不可靠的-失效）。可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定條件，規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率?？煽慷仍u(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)可靠性理論：對(duì)于結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)，按照可靠度要求由高到低為：整車、系統(tǒng)/子系統(tǒng)、部件（即：VTSSSTSCTS）。零件壽命分布乘員重量分布TMicrosoft WordDocument疲勞

16、耐久試驗(yàn)策略可靠度統(tǒng)計(jì)計(jì)算：由于可靠度是一個(gè)概率的描述，因此試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)包含一定量的試驗(yàn)樣本/品數(shù)。計(jì)算的方法通常為：運(yùn)行試驗(yàn)并取得試驗(yàn)壽命數(shù)據(jù)；根據(jù)壽命數(shù)據(jù)判斷其符合的概率分布規(guī)律；歪斜/長尾鐘型/對(duì)稱用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算分布參數(shù)，并給出壽命-概率結(jié)果。對(duì)汽車結(jié)構(gòu)疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)果分析，最常用的是 2 參數(shù)威布爾分布：F (t ) 1 e () 根據(jù)分布規(guī)律和試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取分布參數(shù)得過程稱為參數(shù)估計(jì)，最常用的常用的方法有MLE法、秩回歸法等。疲勞耐久試驗(yàn)策略 可靠度與統(tǒng)計(jì)置信水平 置信水平/置信度是針對(duì)被試零件，在給定樣本數(shù)N的前提下，對(duì)樣品（零件）按照規(guī)定的廣義載荷 f進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)所能觀察到該零件實(shí)

17、效的可能性（或幾率）、或者說針對(duì)該零件其故障出現(xiàn)的可能性（或幾率），用概率來描述。 當(dāng)樣本數(shù)為1時(shí)，置信度就等于該零件的失效概率F、或 1R（R是該零件/系統(tǒng)的可靠度）。 對(duì)于高可靠度（失效率很低）的零件，當(dāng)樣本數(shù)很小時(shí)，故障很可能觀察不到（或根本不發(fā)生），因此估計(jì)得可靠度就具有一定的不確定性。疲勞耐久試驗(yàn)策略置信度-試驗(yàn)樣本數(shù)、試驗(yàn)周期確定：確定樣本數(shù)量：如何讓故障充分暴露（提高觀察幾率），基本的方法是增加樣本數(shù)。對(duì)于一個(gè)可靠度為R（R 1），失效率為 F=1-R 的特定零件M。根據(jù)上述置信度的意義，試驗(yàn)樣本數(shù)和置信度之間的關(guān)系可以通過系統(tǒng)可靠度方法得到。當(dāng)樣本數(shù)等于1時(shí)，試驗(yàn)系統(tǒng)相當(dāng)于圖1

18、，其可靠度為 R ，失效率、為 F，相應(yīng)的置信度等于 C。fM圖 1當(dāng)樣本數(shù)等于N時(shí)，由于我們對(duì)于N各樣品進(jìn)行的是完全相同（試驗(yàn)載荷）試驗(yàn)，并且各個(gè)樣品試驗(yàn)之間互相獨(dú)立。因此對(duì)N個(gè)樣品的試驗(yàn)就等同于圖2 的由N各樣品組成的的串聯(lián)試驗(yàn)系統(tǒng)。2NNsN-疲勞耐久試驗(yàn)策略fMMM共N個(gè)圖 2根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算方法，系統(tǒng)可靠度為：R s P ( M 1 M . M ) P ( M 1 ) P ( M 2 ) P ( M) R N系統(tǒng)失效率，即置信度為：C F 1 R可靠性試驗(yàn)樣本數(shù)可靠-置信度.xls 1 R疲勞耐久試驗(yàn)策略確定試驗(yàn)周期可以看出為了在產(chǎn)品開發(fā)中充分暴露問題，需要的樣本數(shù)會(huì)急劇增加。

19、比如為了以50%置信度觀察到可靠度為95%的一般部件的失效，需要對(duì)14個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)于關(guān)鍵部件當(dāng)可靠度為 99%時(shí)，需要對(duì)69個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)。如果適當(dāng)提高置信度則需要的樣本數(shù)量更大。更何況為了改進(jìn)，通常都需要進(jìn)行不止一輪的試驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)過程中的試制樣品無疑代價(jià)是巨大的。而這些問題如果沒有在開發(fā)階段充分暴露，將會(huì)帶來潛在的售后成本。 另一個(gè)提高置信度的方法是擴(kuò)展試驗(yàn)周期。1nt tttT1nN1可 性 驗(yàn) 本 -可 -置 度靠 試 樣 數(shù)靠 信 .xls疲勞耐久試驗(yàn)策略根據(jù)可靠度、置信度和樣本數(shù)關(guān)系：R (t ) n 1 CLog ( R (t ) Log (1 C )樣品壽命符合2

20、參數(shù)威布爾分布： ( ) ( ) F ( t ) 1 e R ( t ) 1 F ( t ) e Log ( R ( t ) ( ) 如果對(duì)于同一樣品我們分別采用兩組不同樣本數(shù)n和N進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，為了獲得相同的置信度C，對(duì)其壽命要求（REP)規(guī)定為t和T 由此得到：Log ( R (t ) Log (1 C ) ( ) Log ( R (T ) Log (1 C ) ( ) 從而得到：nN (Tt)orT t nN可以看出，為了取得相同的置信度，增加樣本數(shù)和延長試驗(yàn)里程能取得相同的效果。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì) 取值，通常（無經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）取1.5疲勞耐久試驗(yàn)策略 可靠性評(píng)價(jià)-給定置信水平的可靠性壽命：部件結(jié)

21、構(gòu)疲勞可靠度評(píng)價(jià)指標(biāo)（REP）為，在規(guī)定載荷下：可靠性壽命：50%置信度下，給定的存活率壽命不低于規(guī)定的壽命循環(huán)次數(shù)。比如：R10 C50 （或 B10 C50 ） 壽命 200000 cycles壽命分布：兩個(gè)給定的存活率壽命之比不大于規(guī)定值。比如：B10C50 / B90 C50 1/3Microsoft Excel工作表12疲勞耐久試驗(yàn)策略失效判據(jù)和故障分類:1、失效判據(jù)：序號(hào)零件/系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)部件1)性能2)機(jī)械部件（曲軸，活塞，閥，連桿，等）3)機(jī)油損耗4)發(fā)動(dòng)機(jī)壓力判據(jù)無異常下降無裂紋和超標(biāo)磨損最大 ng/100km符合設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件無裂紋1)變速箱總體2)離合器踏板力噪聲磨損3)連接件換檔力無故障/不失靈無噪聲超標(biāo)無異常增加無噪聲超標(biāo)無故障/不失靈無故障/不失靈34疲勞耐久試驗(yàn)策略序號(hào)零件/系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1)車身面板焊點(diǎn)點(diǎn)焊CO2焊2)密封件運(yùn)動(dòng)部件（發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋/門/行李箱蓋）1)間隙/接合縫高差發(fā)動(dòng)機(jī)艙擋泥板TrunkxSideOTRPanel門柱2)鉸鏈部件判據(jù)無超標(biāo)裂紋不貫通和分離無裂紋和分離無灰塵浸入車底密封件不產(chǎn)生裂紋無裂紋，松動(dòng)，變形，配合變壞和局部油漆損壞無超標(biāo)間