基于的汽车排气系统加速耐久试验载荷谱的研究

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能够代替原始信号做加速试验的浓缩信号必须 1） 浓缩信号产生的损伤值与原始信号产生的损 2） 浓缩信号和原始信号对样件产生的失效模式 为了避免在移去原始应变信号中损伤较小段以 ：
基于 Glyphworks 的汽车排气系统加速 耐久试验载荷谱的研究
（ 1. 江苏科技大学 能源与动力工程学院， 江苏 镇江 212003 ） 上海 201814 ） （ 2. 天纳克汽车工业中国研发中心， 要：在损伤等效和失效模式相同的前提下， 应用疲劳分析软件 Glyphworks， 对从试验场采集的汽车排气系统道路载荷
影响， 形式简单， 精度较高， 广泛应用于实际工程 N = 1/D = 1/ n ∑ N
l i i =1 i
（3）
a）e - DAQ 数据采集系统
e 式 （1 ~ 3） 中： ε a 为应变幅值； ε a 为弹性应变幅值；
p E 为弹性模 ε a 为塑性应变幅值； σ a 为应力幅值； 量； K' 为循环强度系数； n' 为循环应变硬化系数；
［ 1］
路载荷谱， 进而合成试验谱.
但其中存在太多的经验和估计因素， 很难作出确定 的损伤量化对比， 因此传统方法存在误差过大和不 确定性等问题. 文献 ［2 ］ 中通过对汽车道路耐久性试验及载荷
.
测道路载荷数据， 借助疲劳分析软件 Glyphworks， 重 点阐述了台架试验的加速试验谱的编辑过程， 提出 法， 并进行台架试验验证. 一套基于损伤等效的汽车排气系统加速耐久试验方
ε a = ε a + ε a = σ a / E +（ σ a / K'） 应变 - 寿命法曲线的表达式为：
e p
1 / n'
（1）
进行数据采集， 得到各种路面的载荷谱， 再对载荷
谱进行编辑， 得出台架试验的加速试验谱. 图 2 为 道路载荷数据采集系统. 图 3 为台架加速试验流程 图.
εa = εa e + εa p =
徐华平1 ，崔京宝2
摘
谱进行编辑. 得到预计试验时间和保留不同损伤量的台架试验加速载荷谱编辑结果， 并进行试验验证 . 结果表明： 与传统耐 关键词：排气系统；加速试验；损伤等效；试验谱编辑；应变寿命 中图分类号： U464 文献标志码：A 文章编号： 1673 - 4807 （ 2014 ） 03 - 0250 - 05 久试验方法相比， 该方法能在更短的时间内准确再现失效模式 .
计算一次. 图 6 中自左至右为窗口长度等于 1， 1. 5，
时间关系曲线簇， 窗口长度为 1 表示每 1 s 总损伤被
2. 78E - 6
a）雨流直方图
4
基于损伤等效的加速试验谱编辑
在实测的道路载荷谱中，Hale Waihona Puke 存在着大量对疲劳损第3 期
徐华平， 等：基于 Glyphworks 的汽车排气系统加速耐久试验载荷谱的研究
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循环应力应变曲线， 将构件上的名义应力载荷谱转 换成危险部位的局部应力应变谱， 然后根据危险部
［ 5］ 估 . 应变幅值 ε a 与对应的应力幅值 σ a 的关系式 为：
2
2. 1
道路载荷谱的采集与编辑
道路载荷谱的采集 排气系统上粘贴应变片后在指定的试车场地
位产生的 局 部 应 力 应 变 谱 来 进 行 疲 劳 寿 命 的 预
Xu Huaping1 ，Cui Jingbao2
Abstract：On the premise of the same failure mode and damage equivalence ，the loading spectra of the exhaust system of a passenger car were edited by using fatigue strength analysis software Glyphworks. Then both the test duration and fatigue editing were displayed with various damage retained ， and validation test was conducted. Compared with traditional durability tests，the test duration and cost of our method were reduced markedly. Key words：exhaust system；accelerated test；damage equivalence ；test spectrum edit；E - N life 对于随机类的汽车排气系统载荷疲劳加速试 验， 传统做法是将试验载荷谱加以浓缩或强化， 或将 原始试验谱乘上一个强化系数， 以缩短试验时间
图4 Fig. 4
原始信号应变时间历程和损伤时间历程 Damage time history and strain time history 表1 原始信号寿命分析结果 Analysis of original signals life 值 6 221 1. 289E + 4 7. 760 37E - 5 501 图6 Fig. 6 损伤保留与时间保留关系曲线簇 140
b）损伤时间历程
Table 1
项目 应变循环数 预测寿命次数 预计试验时间 / h 总损伤值 信号长度 / s
个大小应变循环， 所产生损伤值为 7. 760 37E - 5， 若 时间为 501 h. 进行耐久试验， 预测寿命为 1. 289E + 4 个循环， 折合 图 5 为原始信号的雨流循环直方图和损伤分布
第 28 卷第 3 期 2014 年 6 月
Journal of Jiangsu University of Science and Technology （ Natural Science Edition）
江苏科技大学学报 （ 自然科学版）
Vol. 28 No. 3 Jun. 2014
10. 3969 / j. issn. 1673 - 4807. 2014. 03. 010 doi：
收稿日期： 2013 - 12 - 18
［ 4］ 产生的局部循环塑性变形效应 . 其基本假设是： 若
作者简介：徐华平 （1979 —） ， 男， 讲师， 研究方向为柴油机性能优化及排放控制. E-mail： xhp@ just. edu. cn
第3 期
徐华平， 等：基于 Glyphworks 的汽车排气系统加速耐久试验载荷谱的研究
台架加速试验流程
Flowchart of accelerated bench test
2. 2
应变 - 寿命法进行原始信号寿命分析. 汽车排气系 统局部疲劳耐久性试验重点考虑消声器和管路连
图1 Fig. 1 雨流计数法模型 Rain flow counting method
借助 Glyphworks 的疲劳 寿 命 分 析 模 块， 利用
1. 2
有明确的力学挖掘， 并具有较高的正确性， 也易于
［ 9］ 实现自动化和程序化 . 图 1 为雨流计数法模型.
较好地反映随机加载的全过程. 该法在计数原则上
图2 Fig. 2
b） 应变片粘贴位置
道路载荷数据采集系统
Data acquisition system of road load
图3 Fig. 3
样所吸收的能量达到极限值时产生疲劳破坏， 且吸
Miner 从能量的角度出发， 作了如下假设： 试
σf ' b c （2 Ni ） + ε f（ ' 2 Ni ） （2） E
收的能量与其循环数间存在着正比关系. Miner 累 积损伤理论忽略了加载次序及载荷间相互作用的
［ 6 - 7］ 中 . Miner 线性损伤累积表达式为：
采集的时域应变信号进行预处理， 如去漂移、 去尖
图5 Fig. 5
原始信号时间历程的雨流直方图和损伤分布
b）损伤分布
Rain flow and damage histograms of strain history
3
a）应变时间历程
加速耐久试验谱编辑预估
在保证相当损伤的前提下， 尽可能缩短试验时
间是编辑加速耐久试验谱的目的， 这样做使得试验 时间缩短的同时更实现了试验资源的节省， 包括人 和保留时间长度之间的关系. 所以有必要通过对加 性. 图 6 为损伤保留与时间保留关系曲线簇. 力、 物力和费用等. 其难点在于如何确定保留损伤量 速试验谱的预估来检验加速试验谱编辑结果的正确
2， 2. 5， …， 5 的 9 个值的曲线， 从曲线图看出， 保留同 样的损伤值， 窗口长度越长， 编辑后的信号保留时间 越长， 因此， 文中选取最小窗口长度 1 进行加速耐久 试验谱的编辑. 表 2 是疲劳编辑预估结果.
表2 Table 2 时间保留 / % 10. 730 2. 497 3. 763 损伤保留 / % 100 90 95 损伤保留与时间保留关系预估结果 损伤流失 Predictive results of retaining damage and time 3. 59E - 9 1. 87E - 5
b 为疲劳 σ f ' 为疲劳强度系数； ε f ' 为疲劳延性系数； 强度指数； c 为疲劳延性指数； l 为载荷等级； n i 为各
［ 8］ 劳寿命； N 为疲劳寿命； D 为疲劳总损伤 .
载荷水平下的循环次数； N i 为各载荷水平下的疲 雨流计数法 雨流计数法对应力应变迟滞回线逐个计数， 能
文中以某乘用车排气系统为研究对象， 通过实
谱驱动汽车台架耐久性试验的试验车辆响应信号和 台架信号的对比分析， 探讨了路谱驱动台架耐久性 试验的可行性. 文献 ［3 ］ 中提出了一种可用来采集大