整车疲劳耐久性能开发(1)
汽车疲劳耐久性试验数据采集与应用(疲劳培训)
History of Wheel Force Transducer
车轮六分力传感器发展历史
AT Caldwell Award for Technical Paper on WFT WFT技术论文所获奖励
33
History of Wheel Force Transducer
车轮六分力传感器发展历史 Second Generation – Evolves to be like the modern WFT 第二代-与现在主流的WFT产品已经非常相似
整车道路载荷测试 整车疲劳试验
零部件载荷测试
零部件疲劳试验 整车应力测试 零部件应力测试
8
汽车疲劳耐久试验
汽车疲劳耐久解决方案流程
9
测试步骤
1. 对所有的通道和传感器进行命名和编号。
10
测试步骤
2. 确认方向
1）加速度计方向与整车坐标系的关系 2）位移传感器：拉伸为正，压缩为负 3）方向盘转角：左转为正
30
History of Wheel Force Transducer
车轮六分力传感器发展历史 Single Piece Design 整体式设计 L – Strut Configuration Cabling through Spindle L型桥路设计 信号由特殊改制的传动轴输出
36
Series 5400 Wheel Force Transducer
5400系列车轮六分力传感器
都将是0。因此在采集完成后，要对此进行处理；
13
测试步骤
11. 有条件的话，可以采用给特征路面标记
14
测试步骤
12. 采集完成后，要对所有加速度信号进行低通滤波器滤波，并注意没有 相位移动；最后对所有采集的信号要进行检查，在确保信号没问题后， 再拆解测试仪器。
1汽车疲劳耐久性道路试验
车辆使用测量-结果
承载结构载荷-行使速度
Distance @ Level of Vehicle speed
Vehiclespeed(km/h)
0
50
100
150
200
Distances (km)
22
车辆使用测量-结果
承载结构载荷-载荷分布
V-speed Distribution of WFT Force
23
车辆使用测量-结果
承载结构载荷-循环载荷
Rainflowof WFT_LF_FxDYPGGMW15531
1.E+08
1.E+07
1.E+06
CycleCounts
1.E+05
1.E+04 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Range(kN )
24
车辆使用测量-结果
( i , j 1, 2 ,...... l , h 1, 2 ,...... k )
根据材料的 S-N 曲线计算疲劳损伤，相应与上述载荷的疲劳损伤矩阵 分别为：
D [ D i,j]
( i , j 1 , 2 ,...... l )
d h [ d h,i,j]
( i , j 1 , 2 ,...... l , h 1 , 2 ,...... k )
失效判据 失效分类 -等级
7
汽车疲劳耐久试验
目的和方法
目的 发现总体可靠性问题。这些问题可能在车辆的整个使用寿命 过程中被专业用户所关注； 锁定问题；
评价、确认总体可靠性。
方法
再现用户车辆使用和环境；
1汽车疲劳耐久性道路试验
道路相关技术
道路相关技术
矩阵缩减
道路相关技术
道路相关技术
道路相关技术
37
一般耐久试验开发（方法1）
37
整车耐久试
验 DPG_T 01
一般耐久试验开发（方法1）
37
一般耐久试验开发（方法1）
一般耐久试验开发（方法1）
41
一般耐久试验开发（方法1）
41
一般耐久试验开发（方法1）
车辆使用测量-用途
工程设计 技术要求
认证试验规范开发
可靠性（寿命）、优化设计
耐久、性能预测
发现、消除潜在失效模式
减少售后索赔和召回成本
相关
车辆使用测量-内容
机构调查
客户投诉
开发策略
市场调查
售后服务
车辆使用测量-内容
承载结构载荷道路路面车辆载重
装置和附件的使用车辆用途驾驶习惯
动力传动系统地区交通特点驾驶习惯油品质量•
车辆使用测量-途径和方法
20
使用传动系统
已有信息
用户使用跟踪测量
用户使用调查
车辆使用测量-途径和方法
20
构载荷测量
试车场道路载荷
各地公共道路载荷
数据采集
各种试车场道路
典型公共道路数据采集：非随机- 试验人员随机-当地司机
用户使用调查
各级道路行驶里程及
公共道路分级及典型
乘员和
车CombiTrack
原载荷
加速结构耐久性试验
加速结构耐久试验开发（方法2）
55
加速结构耐久试验开发（方法2）
55
加速结构耐久试验开发（方法2）
55
加速结构耐久试验开发（方法2）
ICE-flow汽车疲劳耐久性工程解决方案
ICE-flow汽车疲劳耐久性工程解决方案近年来，随着CAD/CAE 技术突飞猛进，靠实验室台架试验或试车场路试来评价或改进汽车耐久性的方法成本高、周期长，已经逐步被虚拟耐久性设计理念取代。
随着汽车行业内的竞争不断加剧，汽车制造商无不面临着如下情况：满足用户日益提高的安全性及可靠性要求的同时做到节省成本。
其中，汽车的疲劳耐久性设计就是必须面对的重要课题之一。
疲劳耐久性工程长期以来，汽车的耐久性主要靠实验室台架试验或试车场路试来评价或改进，这种设计思路成本高、周期长。
近一二十年来，CAD/CAE 技术突飞猛进，虚拟耐久性设计理念已经在一些著名的汽车公司得到了广泛应用。
一个完整的疲劳耐久性解决方案通常包括如下步骤（如图1）：根据用户用途建立寿命设计目标；采集用户使用环境和试车场载荷数据；验证分析处理实测数据；创建零构件几何模型；求取零构件间所传递的载荷；获取材料的疲劳寿命性能；预估零构件的疲劳寿命；台架模拟试验；试车场耐久性试验。
图1 疲劳耐久性解决方案流程ICE-flow 的功能作为著名的疲劳耐久性技术服务公司之一的英国恩科（nCode）国际有限公司开发了一整套用于汽车耐久性设计、分析、试验及管理的硬件和软件工具——ICE-flow 系列产品。
包括：数据采集器Somat eDAQ、数据分析处理及实验疲劳软件GlyphWorks、CAE 疲劳分析软件DesignLife 和耐久性数据管理软件系统Library。
ICE-flow 集工程数据采集分析处理、疲劳寿命分析模拟、实验室台架加速和远程数据传递及管理于一身，是进行一体化抗疲劳设计必备的一个分析工具，也是进行异地协同设计的有效工具。
ICE-flow 系列产品如图2 所示，以下对各功能分别进行介绍。
图2 ICE- flow 系列产品。
基于疲劳设计理论解决轿车车身后部开裂问题
基于疲劳设计理论解决轿车车身后部开裂问题汪沛伟;龚侃;袁亮;张铁;宋瀚【摘要】本文针对项目开发过程中的试验开裂问题,基于疲劳设计的基本理论,对影响车身疲劳耐久性能的因素进行分析.提出改善思路及改善方向,通过大扭转静态仿真分析方法,快速提出了有效的改善方案.该方案通过试验样车耐久测试,验证切实可行,为今后车身结构解决疲劳失效的问题提供重要参考.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】4页(P108-111)【关键词】疲劳耐久;应力集中;大扭转工况静态分析【作者】汪沛伟;龚侃;袁亮;张铁;宋瀚【作者单位】东风汽车公司技术中心,武汉430070;东风汽车公司技术中心,武汉430070;东风汽车公司技术中心,武汉430070;东风汽车公司技术中心,武汉430070;东风汽车公司技术中心,武汉430070【正文语种】中文【中图分类】U463.3+6汪沛伟武汉理工大学机械工程硕士研究生毕业，现任东风汽车公司技术中心工程师，研究方向为：车体结构设计。
随着汽车市场越来越大，人们对汽车的安全性、可靠性的要求越来越高。
在汽车行驶过程中，由于路面不平整等因素影响，车身通常会受到交变载荷的作用，在交变载荷的重复作用下车身结构可能产生低于材料最大应力水平下的疲劳破坏。
车身作为汽车的重要支撑结构，其疲劳耐久性能对整车的安全性、可靠性影响尤其明显。
本文针对某三厢车型开发过程中，车身后部在耐久试验中开裂问题为例，根据疲劳设计理论提出解决思路，并由此提出新的仿真分析思路，快速有效的提出解决方案，最终通过实车验证解决了开裂问题。
某三厢轿车在试制样车阶段进行轮胎耦合道路耐久试验中，车身后部出现了不同程度的开裂现象。
开裂的地方主要发生在车身后部后隔板处，后隔板是三厢轿车特有的结构，位于车身后排座椅靠背的后面，行李箱的前面，连接左右侧C柱钣金结构，如图1所示。
后隔板是重要的传力路径，对整个车身起到一个横向的支撑，对整个车身的扭转刚度、强度均有重要影响。
汽车疲劳耐久性道路试验
05
试验结果分析
数据分析方法
统计分析
对试验数据进行统计分析，包括 平均值、标准差、最大值、最小 值等，以评估数据的分布和离散 程度。
时域分析
对试验数据进行时域分析，如波 形分析、傅里叶变换等，以提取 车辆动态特性和振动规律。
频域分析
对试验数据进行频域分析，如频 谱分析、功率谱分析等，以揭示 车辆振动和噪声的频率特征及来 源。
试验方法
采用实际道路测试和模拟工况相结合的方法，模 拟车辆在不同路况、气候和驾驶习惯下的使用情 况。
试验过程
在多种典型路况下进行长时间行驶，包括高速公 路、城市道路、山路等，同时记录车辆各项性能 指标和驾驶员反馈。
试验结果与改进措施
试验结果
经过长时间的道路试验，发现车辆在某些部位出现了疲劳裂纹和磨损现象，影响了车辆的安全性能和 舒适性。
利用人工智能技术对汽车疲劳耐久性进行预测和优化，实现更高 效的试验和设计。
生物力学
借鉴生物力学的研究方法，将人体疲劳与汽车疲劳相结合，以提 高汽车座椅和人机界面的舒适性和耐久性。
智能化与自动化技术应用
数据采集与分析
利用先进的传感器和数据分析技术，实现高精度、高效率的数据采 集和疲劳性能分析。
虚拟仿真技术
验证汽车设计的可靠性和耐久性
通过模拟实际使用中的各种工况和载荷条件，可以验证汽车设计的可靠性和耐久性，及时发现和解决潜在的设 计缺陷或制造问题。
疲劳耐久性对汽车的重要性
提高汽车使用寿命
疲劳耐久性良好的汽车能够在使用过 程中保持性能，减少因过早疲劳损坏 导致的维修和更换部件的需求，从而 提高汽车的使用寿命。
结果解读
根据试验结果，分析汽车在疲劳耐久性道路试验中的性能表现，找出潜在的问题和薄弱环节。
车辆疲劳耐久分析
车辆疲劳耐久分析1前言传统上所谓的“道路载荷”就是车辆在崎岖不平的道路上行驶，激起轮胎的连续变形。
藉着力的传导,轮胎的反弹力经由悬挂体而传播分布到车身各处。
在重覆的受力状态下，部件若在指定的驶程内产生破裂，则需重新设计。
但是，车辆工程人员迄今仍无法掌握导致部件破裂的“道路载荷”。
而在有测试的前提下，用正确的有限元方法模拟各种工况，和有创新能力的软件商一起完成“道路载荷”的获取是最省事的做法。
二十世纪初期，车辆的耐久性已是车辆设计规范之一。
汽车制造商为了要测定车辆的耐疲劳性，测试人员将各类的车辆，以不同的速度行驶于底特律的各种不同的道路上。
再根据车辆的破坏程度来修正车辆设计上的缺陷。
随着时代的演进和试车场的诞生，车辆的耐疲劳测试逐渐改在可控制的道路状况下重覆的进行测试。
由于测试的技术亦不断的进步，试车员可将耐疲劳的行驶里程由五位数减至四位数并和原先的全程测试得到的结果相仿。
为了缩短出车的时间，大家都在增进效率上努力。
二十世纪末期，复合材料模拟方法，超单元算法，橡胶单元面世，因计算机的速度突飞猛进带动了结构分析软件的技术开发。
一九八四年最好的有限元单元问世，接触面的运算方法和隐式性积分无条件收敛的算法获得验证。
先後为结构分析人员提供了在计算机上，用有限元方法模拟车辆行驶于耐疲劳道路上应力分析的工具。
以期达到减重，耐久，可以免除测试的好处。
开发成功便能取代耗时的耐疲劳行驶测试，缩短产品开发时间，这创新将是产品自主开发的利器。
有限元方法已是成熟的技术。
模拟车辆在耐疲劳道路上行驶，除了用正确有限元方法模拟不同零件的方法，祗需要掌握下文叙述的，线性，非线性，子结构分析知识和技术即可。
2结构分析和道路载荷在没有电子计算机的时代，汽车结构分析是用比较性的分析；分析人员仅能将目标车的断面，和设计车的断面，用手运算後作粗枝大叶的比较，谈不上精确度。
设计人员基本上是仰赖车辆在耐疲劳道路上的测试报告为依据。
计算机问世後，结构分析软件也应时而生。
汽车零部件疲劳耐久试验
汽车零部件疲劳耐久试验背景介绍汽车零部件的疲劳耐久性能对于汽车的安全和可靠性至关重要。
在汽车运行过程中，各种零部件都会受到复杂的力学和热力学载荷的作用，长期以来，疲劳失效一直是汽车设计与制造中的一个严重问题。
因此，对汽车零部件的疲劳耐久性能进行准确可靠的试验和评价显得非常重要。
本文将介绍汽车零部件疲劳耐久试验的重要性、试验方法以及试验过程中涉及到的一些关键技术。
试验的重要性汽车零部件在长期使用过程中会受到频繁的振动、冲击和变形等力学载荷的作用，这些载荷可能会导致零部件产生疲劳裂纹并最终失效。
因此，对汽车零部件的疲劳耐久性能进行试验是确保汽车安全可靠的关键环节。
通过疲劳耐久试验，可以评估零部件在真实工况下的寿命和可靠性。
通过分析试验结果，能够为零部件的设计和制造提供重要的参考依据，指导工程师们进行设计和材料选择。
同时，试验结果也可以为汽车制造商和维修人员提供有关零部件维修和更换周期的参考。
试验方法1. 材料准备在进行疲劳耐久试验之前，首先需要准备合适的试验样品和材料。
样品通常由汽车零部件的重要结构部分制作而成，例如悬挂系统、转向系统、发动机部件等。
材料的选择应根据零部件的具体工作环境和力学要求来确定。
2. 试验装置进行疲劳耐久试验需要合适的试验装置。
一般来说，试验装置由试验台、驱动系统、载荷传感器等组成。
试验台应具备稳定的结构和可调节的试验参数，以满足不同试验要求。
驱动系统用于施加加载力，而载荷传感器用于采集试验过程中零部件受到的载荷信息。
3. 试验过程疲劳耐久试验一般分为两个阶段：载荷谱制定与应力历程修正阶段和试验加载阶段。
在载荷谱制定与应力历程修正阶段，根据实际使用条件和统计数据，制定合适的载荷谱。
载荷谱是描述零部件受到的力学载荷的时间历程曲线。
然后，根据材料的应力应变性能，对实际工况下的载荷谱进行修正，以得到逼近实际使用条件下的应力历程。
在试验加载阶段，根据修正后的应力历程对试验样品进行加载。
车身结构优化设计及其疲劳寿命分析
车身结构优化设计及其疲劳寿命分析一、引言在车辆设计中，车身结构的优化设计及其疲劳寿命分析也是不可或缺的一部分。
做好这方面的工作，不仅可以提高车辆的安全性能和舒适性能，还可以延长车辆的使用寿命，从而更好地保障人们的出行安全和生活质量。
二、车身结构优化设计1.1 意义和目的车身结构的优化设计是指在保证车身强度、刚度和稳定性等性能的基础上，通过调整结构、采用新材料和加工工艺等手段来使车身的重量更轻，噪音更小，乘坐舒适性更好，并提高车辆的综合性能。
1.2 优化设计流程(1)确定系统性能需求：包括车身强度、刚度、稳定性、舒适性、安全性能等。
(2)分析和优化车身结构：采用CAE分析和优化软件对车身结构进行分析，调整结构、减少零部件的数量等以达到重量减轻的目的。
(3)选择合适材料：采用轻量化材料，如高强度钢、铝合金、塑料等材料，以达到减轻重量的目的。
(4)提高加工工艺：采用先进的加工工艺，如冲压成型、喷涂、涂装等，以达到提高制造效率和降低成本的目的。
1.3 实例分析比如，本田公司最近发布了一款新车，其中采用了大量的高强度钢材料，并采用模块化设计，去除了很多零部件，从而在车身稳定性和舒适性上都有所提升，同时重量也有所减轻。
三、疲劳寿命分析2.1 意义和目的车身结构的疲劳寿命分析是指在保证车身结构强度和稳定性的基础上，通过对车身各零部件的疲劳寿命进行分析和评估，预测车身的使用寿命，避免出现裂纹、断裂、变形等现象，保证车辆的安全性能和可靠性能。
2.2 疲劳寿命分析方法(1)有限元法：采用有限元法对车身结构进行疲劳寿命分析，通过对板、梁、节点等部件的应力应变、应变历程和损伤程度等进行分析和评估。
(2)试验法：采用试验方法对车身结构进行疲劳寿命分析，通过对多样化试验来检测车身结构各零部件的疲劳损伤、裂纹、变形等情况，并分析其疲劳寿命。
2.3 实例分析比如，通用汽车公司采用了先进的试验方法和有限元分析方法来研究车身结构的疲劳寿命，通过对车身各零部件的应力分布和疲劳损伤等进行综合评估，提高了车身的疲劳寿命，同时也提高了车辆的安全性和可靠性。
汽车厂是怎样做疲劳耐久性试验的？
汽车厂是怎样做疲劳耐久性试验的？汽车耐久性试验是为了考核整车、系统、子系统和零部件可靠性的一组试验，疲劳耐久寿命是耐久性试验考核的重点。
在车辆开发领域，耐久性、疲劳、寿命和可靠性这几个概念常常混为一谈，其实他们是有联系又有区别的。
· 汽车的耐久性是指其“保持质量和功能的使用时间”，一般汽车企业对整车耐久性的要求都是XX年或XX万公里，为了达到整车的耐久性，就需要整车、系统、子系统和零件分别满足各自的耐久性要求。
·疲劳是指试件或构件材料在交变应力与交变应变的作用下，裂纹萌生、扩展，直到小片脱落或断裂的过程称为疲劳。
汽车在行驶时不断受到来自路面不平而引起的路面冲击载荷，同时还受到转向侧向力、驱动力和制动力的作用。
这些力一般都随着时间发生变化。
另外，汽车发动机本身也是一个振动源。
因此，汽车在行驶过程中处于一个相当复杂的振动环境中，其各个零部件一般都会受到随着时间发生的应力、应变的作用。
经过一定的工作时间，一些零部件就会发生疲劳损坏，出现裂纹或断裂。
据统计，汽车90%以上的零部件损坏都属于疲劳损坏。
· 可靠性是指产品在规定条件和规定时间内产品可能完成规定功能（可靠的/存活），可能完不成规定功能（不可靠的/失效）。
因此，可靠度是产品在规定条件，规定时间内，完成规定功能的概率。
· 汽车及其零部件的失效寿命是个随机变量，具有统计性质，一般而言，符合2参数威布尔分布，或者高斯分布。
一般采用B10寿命来评估汽车及其零部件的寿命，即要求汽车零部件达到这个寿命时发生失效的概率为10％，或者说可靠度为90％。
目前，轿车的设计寿命一般是16万公里。
很多汽车零部件的设计寿命（B10寿命）就是16万公里。
也可以这样理解，一大批汽车零部件中，达到设计寿命（B10寿命）时要求有90%的产品还能够正常工作。
所以现代可靠性的概念已经包括了汽车耐久性的概念。
为了使汽车产品具有需要的工作寿命和可靠性，行业内已经广泛采用了一套设计、分析和试验的流程。
ZHANG-疲劳耐久性-1
考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平
过高的缺口应力
接近实际水平的缺口应力
Source: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermü dungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 2003 und 2007 22
计算疲劳损伤参量变(例如Pswt)同时考虑平均应力的影响
试验测定的材料疲劳特性曲线 (S-N曲线或应变E-N曲线以及 循环应力应变曲线) 计算有效循环次数 (Rainflow counting)
计算疲劳损伤积累(一般采用Miner准则)
输出计算结果(损伤值D, 或称疲劳目标值) D≥1 表示可能出现疲劳破坏
金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点
• 采用双对数线性回归 • 以疲劳寿命N为因变量, 应力幅度为自变量 • 在同一应力幅水平试验点太少时, 以回归中线为纵轴使所有试验点参加统计分布(如红线所示) • 考虑存活概率 (50%为中线)
A
50% 90% 10%
A
90%
50% 10%
N
Source: Dieter Radaj, Michael Vormwald: Ermü dungsfestigkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 2003 und 2007
2
汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势
汽车耐久性道路试验
汽车耐久性台架试验
汽车零部件耐久性台架试验
测试方法
分析方法
Source: nCode 2004 • FE-Fatigue Overview – Release 6.0 3
车辆疲劳耐久性分析、试验与优化关键技术研究
车辆疲劳耐久性分析、试验与优化关键技术研究车辆疲劳耐久性分析、试验与优化关键技术研究摘要：随着汽车产业的快速发展，车辆疲劳耐久性成为车辆工程设计和制造过程中的关键问题之一。
本文旨在探讨车辆疲劳耐久性分析、试验与优化关键技术，以提高车辆的使用寿命和安全性。
1. 引言随着交通工具的快速发展和普及，人们对车辆的要求也越来越高。
车辆的使用寿命和安全性成为车辆工程设计和制造过程中的关键问题。
疲劳耐久性是描述材料和结构在长期加载作用下抵抗疲劳破坏的能力，意味着车辆在使用寿命内能够承受各种复杂的工况和载荷，而不会出现疲劳破坏。
因此，疲劳耐久性分析、试验与优化关键技术的研究对车辆的可靠性和安全性具有重要意义。
2. 车辆疲劳耐久性分析技术车辆疲劳耐久性分析技术是在车辆设计初期对车辆结构、材料和关键部件进行疲劳分析，确定结构的疲劳寿命和强度。
该技术主要包括疲劳寿命预测、疲劳载荷分析和疲劳损伤评估。
疲劳寿命预测是根据材料的应力应变关系和疲劳损伤模型，通过有限元分析、多轴疲劳试验和试验数据的统计处理等方法，预测车辆结构的疲劳寿命。
疲劳载荷分析是通过动力学仿真，在预定的工况下计算结构和材料的疲劳载荷，为优化设计提供依据。
疲劳损伤评估是通过断裂力学理论和试验验证，对车辆结构的疲劳寿命进行评估。
3. 车辆疲劳耐久性试验技术车辆疲劳耐久性试验技术是通过对车辆的相关部件和整车进行疲劳试验，测试车辆在实际工况下的疲劳性能。
该技术主要包括载荷谱试验、整车寿命试验和关键部件寿命试验。
载荷谱试验是基于实际工况和使用环境对车辆进行载荷采集和谱分析，并根据疲劳寿命预测结果设计相应的试验工况。
整车寿命试验是在实际运行工况下对整车进行较长时间的循环加载，模拟车辆的寿命使用情况。
关键部件寿命试验是对车辆的关键部件进行疲劳试验，验证其在设计寿命范围内的可靠性。
4. 车辆疲劳耐久性优化技术车辆疲劳耐久性优化技术是通过分析、试验和模拟计算等方法，对车辆的结构、材料和工艺进行优化，提高车辆的疲劳寿命和可靠性。
车辆疲劳耐久性分析及其优化技术研究_赵成刚
Science and Technology & Innovation ┃科技与创新・17・文章编号：2095－6835（2015）06－0017－02车辆疲劳耐久性分析及其优化技术研究赵成刚1，屈 凡2（1.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津 300300；2.天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心，天津 300300）摘 要：车辆在人们的生活、生产中占据的地位日益重要，其在运行过程中会受到各种因素的影响，进而降低了其使用效率和服务年限，因此，必须做好车辆零部件的维护管理工作。
就车辆运行的实际情况看，大部分关键零部件的失效都是因疲劳使用而导致的，疲劳耐久性是衡量车辆产品性能的主要指标之一，在很大程度上代表了车辆的安全性、经济性和可靠性现状。
对车辆的耐久性进行了分析，并提出了相应的优化措施。
关键词：疲劳耐久性；优化措施；循环荷载；EIFS 分布中图分类号：U467 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2015.06.017 现代车辆的结构逐渐向高速化和载重化的方向发展，为了保证车辆运行的安全性和稳定性，就要对车辆结构和各零部件有更为严格的要求。
疲劳耐久性是衡量车辆零部件和结构性能的主要指标之一，可直接反映车辆的运行状态。
但就车辆疲劳耐久性研究的现状来看，还存在一定的不足。
因此，为了提高对车辆疲劳耐久性研究的效果，需要对现存的不足进行分析，并选择有效的优化措施，争取不断提高车辆的运行效率。
1 车辆耐久性疲劳分析耐久性即产品在规定使用和维修的条件下，达到极限状态前完成规定功能的能力，从本质上看，即产品在达到服务年限前，可维持正常状态的时间。
对于车辆而言，经常会将汽车或零部件可以行驶一定里程而不发生故障作为衡量车辆耐久性的重要指标。
但在车辆长时间运行的过程中，各零部件和构件会受到循环荷载的影响，造成结构部分发生永久性结构变化，并在多次循环后形成裂纹或断裂，这种情况称为耐久性疲劳。
乘用车可靠耐久开发规划
111
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动力性
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经济性 1 1 1 1 1
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操控性
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耐久 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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NVH
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热管理
水管理
车辆耐久性开发流程
➢ 耐久性开发思路
新车型目标用户分析 制定耐久性设计目标
选定平台，概念设计
概据“数据库”中以往同平台车的 载荷谱确定mule car的目标载荷谱
由概念设计的CAE模型确定mu样车试制
台架耐久性快速评价
满足设计要求 否
耐久性分析、预估
满足设计要求
1
腐蚀 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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制动
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车辆耐久性技术
需求 技术
耐久 性集 成技
术
疲劳 预测 技术
技术细分
用户信息的统计分析
FRACAS系统
目标市场的三包、召回政策研究 按车辆分布区域建立用户标准载荷谱 基于试验场道路的平台车型载荷数据库 耐久性目标制定与分解 多体载荷分解技术 有限元分析技术 仿真分析与试验相关性分析技术 材料特性数据库（S-N/e-N) 结构疲劳寿命预估 汽车零部件可靠性设计 DOE FTA FEMA 用户关联技术（用户、试验场、道路模
车身疲劳耐久评估方法简介
车身疲劳耐久评估方法简介不知道为什么小时候的我经常遇到需要弄断铁丝却没有老虎钳也没有小李飞刀的直接考验我智商的高光时刻。
虽然显然不能像非洲朋友那样牙咬手撕但我也不是没试过当然最后结局都是没成功。
后来可能是因为吃了家里唯一荤菜鸡蛋脑细胞发育了发现反复折弯再反复折弯铁丝就会突然断了。
至于铁丝为什么会突然断了我不知道反正就是断了。
再后来改革开放了日子好了能吃上猪肉了脑子也发育的差不多了其中的缘由也就慢慢的明白了。
一根铁丝，想要徒手拉断或者瞬间折断那几乎是不可能的，但是如果你将它反复折弯很多次便可以把它折断。
这其实就是铁丝被整疲劳了，发生了疲劳破坏。
因为铁丝等金属件在生产加工过程中会出现各种缺陷，比如宏观的气孔、杂质、表面划痕以及微观的晶体位错、滑移带等。
在外力作用下这些缺陷处会出现局部应力集中，当局部应力大于材料的屈服强度时便会萌生微裂纹，这些微裂纹在交变载荷作用下逐渐扩展，当扩展到一定程度时突然断裂。
铁丝的疲劳破坏过程中交变载荷水平较高，塑性应变起主导作用，疲劳寿命较短，属于应变疲劳或低周疲劳；当交变载荷水平较低，弹性应变起主导作用时，疲劳寿命较长，属于应力疲劳或高周疲劳。
高周疲劳在日常生活中更加普遍，因其交变载荷小，没有明显的塑性变形等前兆，不容易提前发觉，所以具有更大的危险性。
美国空军的一架F-15战斗机曾经在模拟空战时就出现了惊险的一幕，事故造成美军F-15战机大面积停飞，调查结果显示，事故起因于飞机上的一根金属纵梁发生了疲劳破坏。
图1 F-15战机疲劳破坏（图片源自网络）汽车作为我们日常生活中非常重要的代步工具，也是由大量金属件构成的。
当汽车行驶在道路上时由于路面的不平整，车身结构会受到交变载荷作用，从而产生微裂纹并逐渐扩展。
为了保证车身在整个设计生命周期内不发生疲劳破坏，我们需要对车身结构进行疲劳耐久性能评估。
评估方法可分为试验法及CAE（Computer Aided Engineering）仿真分析法，实际的项目开发过程中，两种方法相结合使用。
车辆疲劳耐久性分析、试验与优化关键技术
喷涂技术
喷涂技术可以提高车辆的外观质量和耐腐蚀性，如电泳涂装、静电喷涂等技术在车辆制造车辆疲劳耐久性研究展望
1
深入研究车辆疲劳损伤机理
2
3
深入研究金属材料疲劳裂纹萌生和扩展机理，包括微裂纹、界面裂纹等特殊疲劳损伤机理。
试验过程
01
安装样品
将选择的样品按照规定的安装方式安装在试验台上，确保安装牢固、稳定。
02
预处理样品
在试验开始前，对样品进行必要的预处理，如表面处理、涂层等，以消除样品本身对试验结果的影响。
数据整理
对试验过程中记录的数据进行整理，提取与疲劳耐久性相关的数据，如应力、应变、循环次数等。
数据统计
对提取的数据进行统计和分析，计算相应的指标和参数，如疲劳寿命、应力幅等。
优化设计
对新设计的发动机支架进行疲劳试验，并与原车型进行对比评估，以确保优化后的支架疲劳性能得到提升。
验证与评估
A
B
C
D
整体结构分析
利用三维扫描技术获取重型卡车的整体结构模型，进行详细的应力、应变分析。
优化设计
根据预测结果，对重型卡车的整体结构进行优化设计，如改变车身形状、增加支撑结构等。
验证与评估
针对不同使用工况和环境条件，进行疲劳寿命预测模型的修正和优化，提高预测的准确性和可靠性。
01
03
02
研究新型高强度材料和先进制造技术，以提高车辆结构和零部件的抗疲劳性能。
发展车辆疲劳耐久性设计方法和优化策略，包括优化零部件的几何形状、受力分析和优化布局等。
探索基于健康监测和无损检测的车辆疲劳损伤监测与评估技术，及时发现和修复潜在损伤，延长车辆使用寿命。
耐久性能开发
轮心六分力载荷
上控制(kòngzhì)臂连接点载荷
前悬载荷分解
后悬载荷分解 共十二页
车身安装点载荷 副车架连接点载荷
前束调节杆连接点载荷 外倾调节杆连接点载荷
拖曳臂连接点载荷
转向节连接点载荷
实测值
耐久性工作近期(jìn qī)进展
模拟值
轮轴加速度(sùdù)
对比
弹簧位移对比 共十二页
球头销载荷对比
台架加载
试验场载荷谱
约束1-3自由度
利用损伤等效原则将试验场 载 荷谱转化成台架正弦波
约束
(yuēshù)1-
6自由度
约束1-6自由度
案例：上横臂台架实验方案
共十二页
台架正弦波
谢谢 ！ (xiè xie) 共十二页
内容(nèiróng)总结
耐久性能开发。针对不同的零件载荷情况进行不同的加速数据编辑方法进行加 速，与试验 场的当量关系正在积累中。用户调查-用户采集-用户使用强度。试验场 采集-试验场强度。控制臂上板最低寿命出现在 弯角过渡的焊接处，也是B13台架 试验 开裂位置。一、基于mule-car载荷谱，对车身、底盘耐久风险预测，为设计改 进提供理论依据。二、提供有理论支持(zhīchí)的零部件DVP，试图将试验场与台架 实验室有效的结合起来。谢谢
共十二页
**项目应用情况
耐久性开发(kāifā)
RLDA
Cascading
载荷 分解
零部件加速(jiā sù)度、位移和
力等载荷
共十二页 有限元疲劳分析
提供零部试验载荷
耐久性开发(kāifā)
减震器阻尼特性测量
衬套参数测量
共十二页
质量
(zhìli àng)测
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用于获取加速度响应载荷 （如底盘、驾驶室、动力总成 等），是耐久性能开发的关键载 荷。
若需进行整车及系统的台架 试验，加速度信号还将作为重要 的迭代信号。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 位移传感Байду номын сангаас的应用
Zd
用于获取底盘、驾驶室、动力总成 的相对位移，是耐久性能开发的关键载 荷。
路面特征分类
对路面工况进行分类，高频路面采 用虚拟迭代分解，低频路面采用施 加车身姿态分解
序号 工况 地理特征 平整度
1 铁轨路 平路面 高频路面
2 振动路3 平路面 高频路面
3 长波路 平路面 低频路面
…… ……
……
……
24 8字行驶 大弯道平路面 低频路面
25 倒档上坡
坡道
低频路面
整车多体模型建立及验证
1、雨流计数，统计各信号 2、虚拟损伤计算，对比不同路面的强度等
循环幅值、均值及次数
级，以及不同试验场同种路面的强度等级
1、载荷谱采集
1.6 商用车载荷谱采集
针对车架、驾驶室、悬挂部
件、轴头等关键区域，采集加速
加 速
度、应变、位移、力等载荷信号。 度
Z向是主要载荷方向。
传 感
器
应 变 片
位 移 传 感 器
耐久性能整体解决方案
基于实测载荷谱的耐久性能开发主要过程包括： 载荷谱处理后，通过多体动力学模型将轮心载荷分 解到底盘各个接附点，进行有限元疲劳强度仿真及 优化；以及载荷工况的等效、仿真和试验的精度对 比。
载荷谱
载荷分解
试验场/台架可靠性试验
仿
真
与
试
结构静强度性能仿真
验
对
标
结构疲劳性能仿真
耐久性能开发 目录
• 3.1 材料寿命曲线 测试 • 3.2 疲劳台架试验
D
4、规范制定
• 4.1 用户关联 • 4.2 试验场关联 • 4.3 台架关联
E
5、虚拟试验场 开发
• 5.1 几何谱采集 • 5.2 路面构建 • 5.3 轮胎辨识 • 5.4 项目案例
1、载荷谱采集
1.1 采集设备
乘用/商用车车轮 六分力传感器
QingGang
2
2
Day08_4429km_Route1_L C1_HLR_Part02
10:37
11:22
HW service
YouTing toll gate
4374
4429
Empty Load
HLR
WET ok
station
3
3
Day08_4450km_Route1_L C1_SR_Part03
2、CAE分析
2.5 疲劳分析
• 疲劳分析
白车身钣金件疲劳分析
基于载荷谱
白车身焊点疲劳分析
后扭力梁疲劳分析
衬套参数设置、调整，多体模型状 态与采集车辆状态核对等
高频路面虚拟迭代分解
迭代过程中精度监控
24个激励通道 DZ x 4 Fx&Fy x 4 Mx&My&Mz x 4 通过对比实测六分力数 据、轴头加速度、弹簧 长度进行迭代精度控制
低频路面施加车身姿态分解
质心6自由度 运动量计算
利用陀螺仪信号或车身上三点 加速度信号反算车身6个自由 度的运动量，施加于车身质心； 同时施加六分力测试数据，按 照测试时域长度运行模型，进 行载荷分解
2、CAE分析
2.5 疲劳分析
• 虚拟迭代分解
车 架 接 附 点
车架安装点载荷示意图
驾 驶 室 接 附 点
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
连接部件 后板簧
中轴缓冲块 后抽缓冲块 上前推力杆 上后推力杆 下前推力杆 下后推力杆 后稳定杆连杆
连接点数 2(左右) 2(左右) 2(左右)
1 1 2(左右) 2(左右) 2(左右)
2、CAE分析
2.3 模型标定
2、CAE分析
2.4 试验对标
仿真预测
路试断裂
原模型
优化方案
车桥减震器支架强度路试验证
悬架系统疲劳台架验证 减震器套筒路试验证
2、CAE分析
2.5 疲劳分析
• 虚拟迭代分解
载荷谱数据处理
处理数据毛刺、漂移、平移等，路面工况 划分，样本赛选，滤波等
毛刺
漂移
路面工况划分
无线遥测方式
轮边滑环方式
轴端滑环方式
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 压力传感器的应用
应用于汽车上空气悬架、液压动力装置等部件的 压力载荷测量，以间接获取某些部件或系统的真实载 荷谱。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 陀螺仪的应用
应用于整车姿态信号的测量。 在进行基于六分力载荷的载荷迭代时， 该载荷可用于消除整车刚体运动对迭代精度 的影响。
整车疲劳耐久性能开发
2019年
耐久性能开发意义
结构耐久性能改进
在整车开发前期或后期，通过CAE仿真和试验验证手段降低结构失效的风 险，或解决已经出现失效问题，保证达到整车质保要求。
结构轻量化设计
结构的耐久性能是制约结构轻量化的关键指标，只有精准地评估整车结构 的耐久性能，才能更科学地实现结构轻量化目标。
GPS：可同步采集车辆 轨迹信息，可辅助载荷谱数 据后处理的数据确认、分割 等工作。
视频：可同步路面或车辆 特定区域的视频数据，该数 据可辅助载荷谱数据后处理 的数据确认、分割等工作。
振动路3 卵石路 振动路1 碎石路
1、载荷谱采集
1.4 采集记录
为了很容易的区分采集的数据和更好的进行分析，将按如下规则对采集数据命名：
轴头载荷谱采集
车架/驾驶室/悬挂部件载荷谱采集
1、载荷谱采集
1.7 商用车案例
• 某牵引车定远试验场载荷谱采集
采集通道数 六分力 加速度 位移 应变
32 54 8 15
其它 18
小计 127
1、载荷谱采集
1.7 商用车案例
• 某牵引车襄阳试验场载荷谱采集
采集通道数 六分力 加速度 位移 应变
32 62 10 65
A BC
1、载荷谱采集
2、CAE分析
3、试验验证
• 1.1 采集设备 • 1.2 零部件标定 • 1.3 关键传感器 • 1.4 采集记录 • 1.5 数据后处理 • 1.6 商用车载荷采集 • 1.7 商用车案例
• 2.1 技术路线 • 2.2 分析体系及规范 • 2.3 试验标定 • 2.4 试验对标 • 2.5 疲劳分析
4450 4474
Empty Load
RR
WET
This part include a double journey of rough road
1、载荷谱采集
1.5 数据后处理 • 数据后处理流程
原
1、浏览检查数据完整性，
根据数据类型、用途进行分类：
1、单位转换
始
数 确认信号等级等
数 1、四、六立柱台架迭代信号
除了命名上面的信息之外，还有一些信息是采集时需要记录的。
Part
Video file
File Name
Start End Start
End Start End load
Road
Road
Time Time Location Location km km Condition Classification Condition
4、……
6、……
数 据 分割
数 据 修理
1、采集工况繁多，需将不同配载不同路面工况数据进行划分，便于后期分析
1、处理数据毛刺、漂移、平移等
毛刺
漂移
路面工况划分
1、不同配载不同路面下，
数
具备多次采集样本
数
据
2、基于最小标准差的原则，
据
筛
选择最具代表的样本
对
选
3、将选取样本，组合得到
比
最佳的整个采集数据
Remarks
QingGang
1
1
Day08_4374km_Route1_L C1_HW_Part01
9:13
10:15
SIH
HW service
4304 4374
Empty Load
HW
station
WET
1,9：31，Beibei tunnel/4km length/vehicle mileage
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 方向盘扭矩传感器的应用
应用于汽车方向盘的力矩、转角、转速 等信号测量。 该载荷可用于转向系统的力学性能仿真 或台架试验。 在绕8字等大转角工况载荷谱采集时，方 向盘转角信号可与同步采集的前轮六分力载 荷结合，获取精确的前轮载荷。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 其它传感器的应用
DayAA_BBBBBkm_RouteC_LCD_EE_PartFF
DayAA：测试当天的日期，如Day01、Day02等等 BBBBBkm：本次测试结束时车辆里程。 RouteC：既定好的测试路线，比如路线1、路线2。 LCD：载荷状态，LC1为标准空载，LC2为标准满载。 EE：路面定义，比如HW为告诉公路、CR为城市道路、NR为国道等。 PartFF：当天采集的第几部分数据。
路试规范整理出各路面总循环表
计算目标总伪损伤
等效组合工况
组合工况分类
序号 1 2 3 略 23 24
工况 cobblestone resonance2 Reg—wave
略 Bodytwist slope10up
地理特征 平路面 平路面 平路面 略 平路面 坡道