汽车工程 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (10): 1555-1564.doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.019
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程稳正(
),余小巧,肖厦,董远明,侯杰
收稿日期:2021-04-07
修回日期:2021-05-20
出版日期:2021-10-25
发布日期:2021-10-25
通讯作者:
程稳正
E-mail:wenzheng.cheng@geely.com
Wenzheng Cheng(),Xiaoqiao Yu,Xia Xiao,Yuanming Dong,Jie Hou
Received:2021-04-07
Revised:2021-05-20
Online:2021-10-25
Published:2021-10-25
Contact:
Wenzheng Cheng
E-mail:wenzheng.cheng@geely.com
摘要：
针对装有五连杆后悬架的后副车架零部件级台架疲劳试验由于液压作动器相互干涉，难以布置而无法进行的问题，提出一种基于应力张量分析的疲劳试验方法。它根据危险点应力状态，识别出关键载荷通道，对于两个潜在风险点，分别定义了简单可实施的块谱载荷。设计的试验方案，危险点主应力方向基本不变，损伤与原始路谱接近，试验结论与后悬架系统试验一致，降低了试验成本和开发风险。
程稳正,余小巧,肖厦,董远明,侯杰. 基于应力张量分析的后副车架疲劳试验[J]. 汽车工程, 2021, 43(10): 1555-1564.
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图1
五连杆后悬架"
图2
全通道载荷损伤分布"
图3
作动器布置示意"
图4
后副车架块谱定义流程"
表1
连杆载荷通道"
| 载荷通道名称 | 通道编号 |
|---|---|
| 前下控制臂-左 | Ch1 |
| 前下控制臂-右 | Ch2 |
| 前上控制臂-左 | Ch3 |
| 前上控制臂-右 | Ch4 |
| 后下控制臂-左 | Ch5 |
| 后下控制臂-右 | Ch6 |
| 后上控制臂-左 | Ch7 |
| 后上控制臂-右 | Ch8 |
| 前束控制臂-左 | Ch9 |
| 前束控制臂-右 | Ch10 |
表2
损伤对比"
| 位置 | 指标 | 原始路谱 | 连杆载荷 |
|---|---|---|---|
| 危险点1 | 损伤 | 0.627 | 0.610 |
| 角度/（°） | 33.5 | 33.0 | |
| 危险点2 | 损伤 | 0.402 | 0.302 |
| 角度/（°） | 6.0 | 6.1 |
图5
危险点路面损伤占比"
表3
危险点1通道应力分量"
| 通道名称 | S11/MPa | S22/MPa | S12/MPa |
|---|---|---|---|
| Ch1 | -6.07E?03 | -2.71E?03 | 3.60E?03 |
| Ch2 | 4.39E?04 | -5.37E?04 | 1.50E?05 |
| Ch3 | 2.14E?03 | 1.85E?03 | -1.62E?03 |
| Ch4 | 1.28E?03 | 2.76E?04 | -6.46E?04 |
| Ch5 | 1.83E?04 | 3.01E?04 | -1.74E?04 |
| Ch6 | 2.19E?03 | 5.59E?04 | -1.15E?03 |
| Ch7 | -8.27E?04 | -1.52E?04 | 4.09E?04 |
| Ch8 | -1.01E?04 | -1.29E?04 | 9.55E?05 |
| Ch9 | -4.66E?04 | 2.23E?04 | 1.18E?04 |
| Ch10 | 8.66E?04 | 7.04E?05 | -3.99E?04 |
图6
危险点1主应力历程"
图7
危险点2主应力历程"
表4
应力幅值 (MPa)"
| 通道名称 | 最小主应力 | 最大主应力 | 应力范围 |
|---|---|---|---|
| 危险点1 | -198 | 199 | 397 |
| 危险点2 | -136 | 174 | 310 |
表5
S11应力分量通道比例"
| 序号 | 时刻/ s | Ch1 | Ch2 | Ch3 | Ch4 | Ch5 | Ch6 | Ch7 | Ch8 | Ch9 | Ch10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 56.22% | -4.03% | 12.92% | 8.32% | 1.30% | 18.44% | 5.87% | 0.89% | -0.01% | 0.05% |
| 2 | 3.042 | 53.96% | -5.08% | 9.73% | 3.69% | 0.58% | 35.36% | 1.83% | 0.79% | 0.65% | -1.48% |
| 3 | 8.332 | 78.13% | -2.70% | 9.53% | 4.72% | 2.62% | 1.82% | 6.79% | 0.06% | 0.57% | -1.51% |
| 4 | 8.744 | 69.20% | -3.72% | 10.66% | 4.59% | 2.04% | 11.74% | 6.37% | 0.29% | 0.11% | -1.26% |
| 5 | 8.874 | 64.29% | -4.83% | 8.24% | 5.41% | 1.93% | 20.30% | 4.45% | 0.54% | 0.75% | -1.09% |
| 6 | 9.026 | 59.50% | -5.32% | 8.91% | 5.95% | 1.70% | 24.36% | 4.57% | 0.66% | 0.70% | -0.97% |
| 7 | 3.526 | 61.34% | -4.41% | 7.97% | 5.42% | 2.23% | 17.05% | 8.58% | 0.91% | -0.90% | 1.87% |
| 8 | 9.318 | 61.32% | -3.02% | 8.88% | 2.80% | 1.77% | 18.94% | 6.97% | 0.79% | -0.35% | 1.94% |
表6
S22应力分量通道比例"
| 序号 | 时刻/ s | Ch1 | Ch2 | Ch3 | Ch4 | Ch5 | Ch6 | Ch7 | Ch8 | Ch9 | Ch10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 48.16% | 9.49% | 21.45% | 3.44% | 4.08% | 9.05% | 2.07% | 2.19% | 0.00% | 0.01% |
| 2 | 3.042 | 47.80% | 12.35% | 16.71% | 1.57% | 1.89% | 17.93% | 0.67% | 2.01% | -0.63% | -0.25% |
| 3 | 8.332 | 65.58% | 6.22% | 15.51% | 1.92% | 8.12% | 0.88% | 2.34% | 0.15% | -0.52% | -0.24% |
| 4 | 8.744 | 57.84% | 8.53% | 17.27% | 1.86% | 6.30% | 5.62% | 2.20% | 0.70% | -0.09% | -0.19% |
| 5 | 8.874 | 54.79% | 11.30% | 13.61% | 2.22% | 6.07% | 9.93% | 1.57% | 1.32% | -0.69% | -0.16% |
| 6 | 9.026 | 50.69% | 12.45% | 14.72% | 2.45% | 5.35% | 11.87% | 1.60% | 1.62% | -0.64% | -0.15% |
| 7 | 3.526 | 52.46% | 10.37% | 13.21% | 2.23% | 7.02% | 8.35% | 3.02% | 2.23% | 0.83% | 0.29% |
| 8 | 9.318 | 55.09% | 7.44% | 15.46% | 1.21% | 5.84% | 9.73% | 2.57% | 2.04% | 0.34% | 0.31% |
表7
S12应力分量通道比例"
| 序号 | 时刻/ s | Ch1 | Ch2 | Ch3 | Ch4 | Ch5 | Ch6 | Ch7 | Ch8 | Ch9 | Ch10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 53.66% | 0.22% | 15.70% | 6.77% | 1.98% | 15.61% | 4.67% | 1.36% | 0.00% | 0.03% |
| 2 | 3.042 | 51.87% | 0.28% | 11.92% | 3.01% | 0.89% | 30.14% | 1.47% | 1.22% | 0.27% | -1.11% |
| 3 | 8.332 | 74.35% | 0.14% | 11.55% | 3.81% | 4.00% | 1.54% | 5.38% | 0.09% | 0.24% | -1.11% |
| 4 | 8.744 | 65.68% | 0.21% | 12.89% | 3.71% | 3.10% | 9.87% | 5.04% | 0.43% | 0.05% | -0.93% |
| 5 | 8.874 | 61.30% | 0.27% | 10.00% | 4.39% | 2.95% | 17.19% | 3.53% | 0.82% | 0.31% | -0.81% |
| 6 | 9.026 | 56.71% | 0.30% | 10.82% | 4.82% | 2.60% | 20.57% | 3.63% | 1.01% | 0.28% | -0.72% |
| 7 | 3.526 | 58.59% | 0.24% | 9.69% | 4.41% | 3.41% | 14.44% | 6.82% | 1.39% | -0.37% | 1.39% |
| 8 | 9.318 | 59.42% | 0.17% | 10.96% | 2.31% | 2.75% | 16.25% | 5.63% | 1.23% | -0.15% | 1.46% |
表8
危险点1主应力方向变化"
| 序号 | 时刻/s | 原始路谱主应力角度/（°） | 通道简化后主应力角度/（°） | 角度变化/（°） |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 34.5 | 33.1 | -1.4 |
| 2 | 3.042 | 34.0 | 31.8 | -2.2 |
| 3 | 8.332 | 34.7 | 41.0 | 6.3 |
| 4 | 8.744 | 34.6 | 33.2 | -1.5 |
| 5 | 8.874 | 34.7 | 32.4 | -2.3 |
| 6 | 9.026 | 34.7 | 32.2 | -2.4 |
| 7 | 3.526 | 34.5 | 32.5 | -2.0 |
| 8 | 9.318 | 34.3 | 32.5 | -1.7 |
图8
危险点1的三通道试验布置示意图"
表9
危险点2主应力方向变化"
| 序号 | 时刻/s | 原始路谱主应力角度/（°） | 通道简化后主应力角度/（°） | 角度变化/（°） |
|---|---|---|---|---|
| 9 | 1.784 | 7.5 | 6.1 | -1.4 |
| 10 | 2.870 | 5.1 | 5.3 | 0.2 |
| 11 | 8.074 | 6.3 | 6.2 | -0.1 |
| 12 | 8.874 | 7.4 | 6.5 | -0.9 |
| 13 | 9.026 | 6.9 | 6.1 | -0.8 |
| 14 | 9.104 | 7.4 | 6.2 | -1.2 |
| 15 | 3.508 | 10.4 | 8.5 | -1.9 |
| 16 | 9.316 | 8.9 | 7.5 | -1.4 |
| 17 | 9.770 | 8.1 | 6.9 | -1.2 |
图9
危险点2的三通道试验布置示意图"
表10
危险点1时刻载荷值"
| 序号 | 时刻/s | Ch1/N | Ch3/N | Ch6/N |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 12 870 | -8 374 | -11 710 |
| 2 | 3.042 | 9 240 | -4 719 | -16 790 |
| 3 | 8.332 | 13 160 | -4 548 | -852 |
| 4 | 8.744 | 11 370 | -4 961 | -5 345 |
| 5 | 8.874 | 11 380 | -4 130 | -9 979 |
| 6 | 9.026 | 11 110 | -4 714 | -12 600 |
| 7 | 3.526 | -10 080 | 3 710 | 7 765 |
| 8 | 9.318 | -14 250 | 5 843 | 12 180 |
表11
危险点1时刻范围值"
| 序号 | 时刻/s | Ch1/N | Ch3/N | Ch6/N | 应力范围/MPa | 应力百分比/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 25 740 | 16 748 | 23 420 | 396.21 | 99.80 |
| 2 | 3.042 | 18 480 | 9 438 | 33 580 | 294.42 | 74.16 |
| 3 | 8.332 | 26 320 | 9 096 | 1 704 | 291.28 | 73.37 |
| 4 | 8.744 | 22 740 | 9 922 | 10 690 | 286.00 | 72.04 |
| 5 | 8.874 | 22 760 | 8 260 | 19 958 | 306.60 | 77.23 |
| 6 | 9.026 | 22 220 | 9 428 | 25 200 | 323.59 | 81.51 |
| 7 | 3.526 | 20 160 | 7 420 | 15 530 | 284.41 | 71.64 |
| 8 | 9.318 | 28 500 | 11 686 | 24 360 | 397.00 | 100.00 |
图10
Ch1和Ch2载荷雨流计数"
图11
Ch3和Ch4载荷雨流计数"
图12
Ch5和Ch6载荷雨流计数"
表12
危险点1损伤对比"
| 序号 | 危险点1 （319927） | 危险点2 （548809） | 循环次数 |
|---|---|---|---|
| 原始路谱 | 0.627 | 0.402 | |
| 时刻5载荷 | 0.663 | 0 | 130 000 |
表13
危险点1试验条件"
| 加载通道 | 左前下控制臂 （Ch1） | 左前上控制臂 （Ch3） | 右后下控制臂 （Ch6） |
|---|---|---|---|
| 加载力（从）/N | 11 380 | -4 130 | -9 979 |
| 加载力（到）/N | -11 380 | 4 130 | 9 979 |
| 循环次数 | 130 000 | ||
表14
危险点2时刻范围值"
| 序号 | 时刻/s | Ch1/N | Ch2/N | Ch4/N | 应力范围/MPa | 应力百分比/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 25 740 | 25 540 | 18 060 | 347.22 | 112.00 |
| 2 | 2.870 | 15 396 | 24 380 | 6 048 | 288.58 | 93.09 |
| 3 | 8.074 | 29 220 | 16 340 | 9 880 | 264.62 | 85.36 |
| 4 | 8.874 | 22 760 | 23 640 | 9 080 | 286.52 | 92.43 |
| 5 | 9.026 | 22 220 | 27 480 | 10 528 | 319.24 | 102.98 |
| 6 | 9.104 | 19 774 | 22 360 | 7 526 | 259.54 | 83.72 |
| 7 | 3.508 | 19 508 | 21 380 | 9 098 | 203.00 | 65.48 |
| 8 | 9.316 | 28 520 | 19 406 | 6 202 | 261.98 | 84.51 |
| 9 | 9.770 | 17 008 | 14 266 | 5 560 | 183.98 | 59.35 |
表15
危险点2载荷幅值筛选"
| 序号 | 时刻/s | 筛选结论 |
|---|---|---|
| 1 | 1.784 | 应力范围偏大 |
| 2 | 2.870 | Ch2载荷偏大 |
| 3 | 8.074 | Ch1载荷偏大 |
| 4 | 8.874 | CAE验证 |
| 5 | 9.026 | 应力范围偏大 |
| 6 | 9.104 | 应力范围偏小 |
| 7 | 3.508 | 应力范围偏小 |
| 8 | 9.316 | Ch1载荷偏大 |
| 9 | 9.770 | 应力范围偏小 |
表16
危险点2损伤对比"
| 序号 | 危险点1 （319927） | 危险点2 （548809） | 循环次数 |
|---|---|---|---|
| 原始路谱 | 0.627 | 0.402 | |
| 时刻12载荷 | 0.013 | 0.445 | 60 000 |
表17
危险点2试验条件"
| 加载通道 | 前下控制臂 （左侧） | 前下控制臂 （右侧） | 前上控制臂 （右侧） |
|---|---|---|---|
| 加载力（从）/N | 11 380 | 11 820 | -4 540 |
| 加载力（到）/N | -11 380 | -11 820 | 4 540 |
| 循环次数 | 60 000 | ||
图13
台架试验工况损伤"
图14
副车架台架试验"
图15
后悬系统台架试验"
图16
路试开裂位置"
图17
台架试验方案"
图18
台架试验开裂位置"
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