载荷谱采集与编辑

载荷谱采集与编辑同济大学汽车学院周鋐载荷谱采集与编辑汽车载荷谱的定义同济大学汽车实验室两个基本概念疲劳破坏车辆在行驶过程中，由于路面不平度的激励输入，各个部件受到随机的交变载荷作用，导致部件产生微裂纹并扩展，直至部件突然断裂的现象.载荷谱外部载荷的时间历程作用在结构上，引起结构的响应，响应信号一般包括应力应变、加速度、位移、力和力矩等，响应的时间历程经过分析处理，得到各种形式的累计频次分布、统计特性、频域特性、幅值域与雨流矩阵等以数据、曲线、图表表达的载荷信息。载荷谱采集与编辑载荷谱的用途同济大学汽车实验室载荷谱采集在仿真计算中的应用同济大学汽车实验室支持仿真计算部门工作•提供计算所需载荷数据•验证计算模型的准确性•验证计算结果的有效性载荷谱采集在试验中应用同济大学汽车实验室建立道路试验规范建立试验室试验规范虚拟试验边界条件载荷谱采集与编辑载荷谱采集（用户道路）同济大学汽车实验室用户道路载荷试验用户试验特点反映用户实际使用工况考察整车各项性能采集用户道路载荷谱信息用户信息收集收集用户道路载荷谱信息用户使用情况跟踪调查为耐久性加速强化试验创造条件用户道路典型路况用户道路试验方案的确定华东地区用户道路(SVW)40%50%5%5%高速公路一般道路山路恶劣道路原则反映用户道路状况反映用户车辆状态反映驾驶员驾驶特性代表性与典型性欧洲用户道路（Ford重卡）60%30%10%高速公路一般道路城市道路载荷谱采集与编辑载荷谱采集（试车场）同济大学汽车实验室试车场道路试验试验特点用户道路状况进行强化集中通过有限的典型路况模拟用户道路缩短耐久性试验周期对比性、重复性好开发性试验为室内等效试验提供原始载荷谱为用户等效道路载荷谱计算提供载荷数据为整车和零部件设计开发提供载荷数据试车场典型道路构成目的重现汽车使用过程中遇到的各种道路条件和使用条件，进行汽车整车道路试验的场所，为满足汽车的试验要求试验场将实际存在的各种道路经过集中、浓缩、不失真地强化形成典型化的道路。构成包括高速环形跑道、高速直线跑道、可靠性强化试验路段、耐久性试验跑道、爬坡试验路以及特殊试验路段（如噪声试验路段、“比利时路”、搓板路、随机波形路、扭曲路、越野路、涉水路等）。中国四大公共试车场同济大学汽车实验室名称地点面积(Km2)时间设计功能主要道路设施及技术指标海南汽车试验场海南嘉积0.721987汽车产品开发及定型试验、汽车质量评价高速环道：长6.042km，水泥混凝土路面；可靠性试验路：总长8.215km，其中包括比利时路(0.6km)、砂石路(4km)、卵石路等。解放军总后试车场安徽定远61991军用民用汽车选型、定型试验；进口汽车结构性能评价试验；汽车质量评价试验高速环道：长4km，水泥混凝土路面；综合可靠性试验路：11km；越野试验路：10km；耐久性试验路：6.6km；东风汽车工程研究院汽车试验场湖北襄樊1.671992汽车认证试验、法规试验、商检试验、汽车产品开发试验高速环道：长5.3km，水泥混凝土路面；耐久性及可靠性试验路：11km，其中包括标准坡道、二号环道(4.2km)、比利时环道(2.7km)、综合路、涉水池、溅水池等。交通部公路交通试验场北京通县2.391997汽车认证试验、法规试验、商检试验、道路抗滑试验、碰撞试验、道路疲劳试验高速环道：长5.505km，水泥混凝土路面；可靠性试验路：3km；耐久性试验路：8.6km；长直线性能试验路：2.3km；不同摩擦系数试验路：2.6km；交通工程广场（直径100m）；标准坡道；碰撞试验场等。•国内其他试车场•试车场与环境气候条件试车场典型道路构成照片C2.7共振路Ⅰ蛇形卵石路石块路沙石路共振路I搓板路共振路III共振路II试车场典型道路载荷谱采集与编辑载荷谱采集（信号采集系统）同济大学汽车实验室试验车辆传感器布置车辆传感器布置—六分力车轮载荷传感器车辆传感器布置—应变传感器（底盘）同济大学汽车实验室车辆传感器布置—应变传感器（底盘）车辆传感器布置—应变传感器（车身）车辆传感器布置—位移传感器左前下左前上左后上右前下右前上右后上左后下右后下车辆传感器布置—加速度传感器车辆传感器布置—加速度传感器采谱零部件标定同济大学汽车实验室采谱零部件标定同济大学汽车实验室y=-329.93x-404.41R²=0.9624-10000100020003000-10-8-6-4-20力-应变关系y=21.083x-33.717R²=0.9986-50005001000150020002500020406080100120位移-应变关系载荷谱采集与编辑采集信号的编辑同济大学汽车实验室载荷谱采集与编辑载荷谱信号的检验同济大学汽车实验室载荷谱信号处理分析消除奇异值毛刺消除趋势向稳态性检验(平稳性检验)理论上：随机过程总体检验；工程上：把单个时间历程记录分若干段，每段的统计特征此一样的随机信号。载荷谱采集与编辑载荷谱信号的统计同济大学汽车实验室载荷信号的幅值直方图同济大学汽车实验室1.幅值直方图：是载荷谱研究及寿命预估中用得最多的一种幅值分布表示法。有三种常用方法：1）幅值频次图横坐标——幅值纵坐标——出现的次数载荷信号的幅值直方图同济大学汽车实验室NnxP11)(xxPxpx)(lim)(ˆ101载荷信号的幅值直方图同济大学汽车实验室三种幅值直方图在形状上是一样的，区别仅在于纵坐标的物理含义不同。当Δx=0时可得到载荷的概率密度函数曲线，如图虚线所示。载荷信号的累积频次图同济大学汽车实验室2.幅值累计频次图横坐标——幅值出现的累积次数（多以对数标尺）纵坐标——幅值通常累计频次按幅值由大到小累加；当Δx→0时，则表现为一根连续的曲线。载荷信号的累积频次图同济大学汽车实验室载荷分析中的一次采样和二次采样一次采样：信号采集并离散成数据序列的过程。二次采样：从数据序列中找出载荷变化幅值大小并计数，称为二次采样，即幅值计数法。它能反映机件疲劳损伤程度。主要的计数法有四种峰值计数法(Peakcount),振程计数法(Rangecount),雨流计数法(RainflowCounting)。同济大学汽车实验室峰值计数法全峰值计数法对所有峰、谷进行统计计数。同济大学汽车实验室部分峰值计数法同济大学汽车实验室x大于只计正峰值，小于只计负峰值(谷值)，分别画出直方图。x跨均值峰值计数法只统计往返跨越均值两次的最大正峰、负峰值,而对其间的过渡峰则忽略不计。同济大学汽车实验室振程计数法（简单振程计数法）方法机理：机件的疲劳损伤主要取决于载荷变化的大小。振程：载荷时间历程相邻峰谷间的距离。(1)简单振程计数法（Range）不考虑该振程距零载荷的距离，仅统计相邻峰值与谷值之间的距离。忽略了载荷的静态分量。同济大学汽车实验室振程计数法（振程均值计数法）(2)振程均值计数(RangeMean)不仅统计振程ri，也统计该振程中点至载荷零点距离mi。同济大学汽车实验室振程计数法（振程对均值计数法）(3)振程对均值计数(RangePairMeanMethod)先取较小ri与mi，并将ri、mi从时间历程中消去；再从剩下的时间历程中取小的，依次类推，直至采完。这种方法考虑到局部载荷循环又考虑到大的载荷循环，比较合理。同济大学汽车实验室雨流计数法基本考虑宏观上：结构承载后宏观上应力水平虽处在弹性范围；微观上：由于材料的局部缺陷、加工和制造上的一些问题等原因，使机件上局部存在裂纹源、或受载后产生裂纹源。裂纹源处产生集中应力，它往往超过材料的弹性极限而进入塑性区。机件承受循环载荷时，局部应力应变不再存在线性关系，应变总是迟后于应力，从而形成应力应变迟滞回线。雨流法特点，载荷幅值计数将这些迟滞回线的大小幅值和大小循环都记录下来进行统计。雨流计数法雨流计数法（又叫塔顶法）有较严密的力学基础，是目前在疲劳设计和疲劳试验中用的最广泛的一种计数方法。(1)基本假设：大振程的封闭迟滞回线不受较小应力循环迟滞回线截断。(2)方法：将较小的迟滞循环从时历中取出，并形成新时历；每取一个循环时历重新组合。同济大学汽车实验室雨流计数法计数规则雨流从每个峰内侧开始顺斜坡下流，在下一个峰值处落下，直到对面有一个比开始点更大的峰时为止；当雨流遇到来自上层斜面落下的雨流时就截止；按上述规定取出所有全循环并记下幅值，直到剩下的时历成为发散收敛型；将剩下的发散收敛型时历变成收敛发散型，再重复计数。同济大学汽车实验室502020/3/6按雨流法所记录的循环幅值来预估机件寿命，将与实际载荷所决定的寿命相等效。应力-应变迟滞回归线:大循环1-2-4-5-7,小循环2-3-2’,5-6-5’,思考：如果能将这三个循环的幅值都记录下来，既保留大循环，又不因切割它的小循环而受影响，并且也不丢失小循环。雨流计数法载荷谱采集与编辑载荷谱信号统计的应用同济大学汽车实验室载荷谱统计的应用同济大学汽车实验室等幅值加载Miner线性损伤累积理论同济大学汽车实验室线性损伤累积理论(Miner)1个等级为Si循环的损伤贡献：累积损伤＝所有循环的损伤贡献：失效准则：汽车零部件单级、多级载荷试验假设：试车场xxxxxKm的损伤总和为1同济大学汽车实验室汽车零部件单级、多级载荷试验同济大学汽车实验室纵向力疲劳试验：载荷：1.33±8.95kN循环次数：75000次；频率：2Hz侧向力疲劳试验：载荷：5.85±5.44kN循环次数：200000次；频率：2Hz垂向力疲劳试验：(1)低载：7.33±7.33kN；循环次数：300000次；频率：2Hz；(2)高载：8.79±8.79kN;循环次数：100000次;频率：2Hz整车或道路模拟载荷试验同济大学汽车实验室原始信号手工删除RPfilter汽车车头道路模拟试验同济大学汽车实验室汽车车桥道路模拟试验同济大学汽车实验室载荷谱外推同济大学汽车实验室原始载荷谱外推载荷谱载荷谱外推同济大学汽车实验室kmEnskewianbecurveaaa00632lg1RainFlowMatrixRainFlowMatrixRainFlowMatrixRainFlowMatrix用户道路xx万公里载荷谱试车场道路组合载荷谱外推同济大学汽车实验室目标信号等效信号载荷谱采集与编辑载荷谱的应用简介同济大学汽车实验室整车耐久性试验车桥耐久性试验零部件总成耐久性试验整车耐久性试验整车耐久性试验零部件耐久性试验谢谢同济大学汽车实验室