载荷谱与汽车零部件寿命学士论文

同一时间历程用不同的计数方法进行处理将会得到不同的计数结果, 用来作疲劳寿命予测和疲劳试验, 将会得到不同的疲劳寿命。在编制载荷谱的过程中究竟选用哪种计数方法更符合实际情况, 国内外都尚未最后解决, 不过从年代以来, 国内外一个明显倾向是雨流计数法, ’已是目前欧美国家较为推崇的一种计数方法。

3.3载荷谱编谱过程

编谱的主要步骤是：（一）典型工况的确定及载荷信号的测取；（二）载荷信号的处理和分析；（三）载荷谱的编制。 （一）载荷谱的测量包括以下几个步骤: 1)选择和布置传感器

汽车前轴在道路上所受的载荷不能直接测出，一般通过标定进行间接测量。 2)载荷标定

在道路测量前，必须对应变片信号进行标定，以得到载荷一应变信号关系曲线，这样才能把道路应变谱换算成载荷谱。对同一个贴片零件，可以进行装车后的整车标定，以及卸下零部件后在试验台架上进行的同一零部件的台架标定工作，这样将方便测量后的在载荷分析以及室内试验工作。

（二）载荷信号的处理和分析

经雨流计数法处理后就可以得到载荷幅值、均值和相应频次的重要关系。一个实测的随机载荷谱往往由很多因素形成,除受主要的工作载荷以外, 还常受到一些次要的载荷作用, 这些载荷表现为二级波、三级波乃至一些高阶小量循环, 对这些不能构成疲劳损伤的小量循环,一般称为无效幅值。在进行载荷-时间厉程计数时,应该将无效幅值舍弃。关于无效幅值的取舍基准, 一般取随机载荷历程的极差（最大应力幅-最小应力幅）的5%-10%, 本文取极差的5%。进行雨流计数并分组整理后, 得到的均、幅值分布直方图如图3.4所示。

图3.4 雨流计数结果直方图 非零平均应力的等效转换

目前国内用的较多的程序载荷谱仅保留了幅值和频次的关系, 但是我们得到的实际应力循环中平均应力并不为零。研究表明平均应力对累积损伤也有较大的影响。因此, 必须按等损伤的原则将非零平均应力的应力循环等效转换为零平均应力的应力循环。本文采用Goodman疲劳经验公式进行转换： Si??bSai?b?Smi

式中, Si为等效零均值应力; Sai为第个应力幅值；Smi为第i个应力均值；?b为拉伸强度极限。

（三）载荷谱的编制

随机疲劳载荷谱的编制过程如下： 1.累积概率分布图的编制； 2.累积频次图的编制； 3.累积频次图的合成； 4.合成曲线的扩展。 现将这四方面的内容简述如下

1. 累积概率分布图的编制

随机波看上去是杂乱无章的,为从统计角度对其幅值的变化规律进行分析, 就能发现随机波具有统计的规律性。

如果不考虑随机波的峰谷值与时间的关系, 而只研究这些峰谷值大小的变化规律,这种统计方法称之为随机波的幅值域分析。从疲劳强度的观点来看, 需要计算波形幅值的平均值均值、标准差、概率密度函数和累积概率分布函数。 如果随机波的概率密度能用函数

P(X)?1b2?e?(z?a)22b2表示, 则称随机波的幅值是服从正态（高斯）分布的。式中

与分另是随机波的均值和标准差。将上式代入概率分布函数公式中去, 则得正态分布的累积概率分布函数

P(X)?1b2??X??e?(??a)22b2d?

为了简化计算, 利用“ 正态分布累积概率数值表” , 将式化成正态分布累积概率的标准形式 P(X)=?(x?ab)

2.累积频次图的编制

根据Cocover建议, 以概率为10?6对应的载荷为最大载荷, 即最大载荷为累积频次是106次之中只发生一次的载荷, 而幅值XA?0的概率为1。这样可以按比例量取相应于累积频次为100、101??106的XA值 3.累积频次图的合成

上面只指一种工况下载荷累积频次图的绘制, 对于象汽车、拖拉机和挖掘机等设备, 常在多种工况下工作, 这时需绘制综合的累积频次图。例如拖拉机工作时间统计比例为耕地占45%, 土路运输占35%, 柏油路运输占20%。对这三种工况记录的子样,用计数法统计三种工况每秒出现峰值次数,再按上述比例分配时间, 算出一小时工作时间峰值次数, 就可根据三种工况的均值a和标准差b, 查正态分布累积概率数值表,

得出各自的Pi, 再乘以各工况一小时出现的峰值次数, 即得一小时的累积频次。

把每级载荷三种工况出现的累积次数相加得到总次数即

ni?n1i?n2i?n3i

则可绘制合成的累积频次曲线

3.4 根据载荷谱寿命估算

现以某前桥某一测点为例进行寿命估算。已知其S-N曲线为S2N=2.5×1010；若其半年所承受的典型应力谱如表，对其进行估算寿命。

Si(MPa) 150 120 90 60 ni（106） 0.01 0.05 0.10 0.35 Ni(106) 1.111 1.736 3.086 6.944 ni/Ni 0.009 0.029 0.033 0.050 表3.1 测点所承受的典型载荷谱

相关计算主要依据线性疲劳累积损伤理论（Miner 理论） 由S-N曲线可计算出Ni,继而可算出

Di=ni/Ni

其结果均写入表3.1中 其一年的损伤为

?（ni/Ni）=0.121

设构件寿命为?年，则总损伤应当是

D=??（ni/Ni） Miner 理论给出：

D=??（ni/Ni）=1