汽车零部件疲劳试验讲解课件.ppt

1、程序载荷疲劳试验目录 程序疲劳试验方法 零部件程序载荷疲劳试验开发 疲劳耐久试验策略程序疲劳试验方法 道路载荷数据采集：驾驶习惯、随机因素的影响:n 名司机、每一子规范 m 次重复采集每一子规范共 n*m 个载荷样本。程序疲劳试验方法 计算每个子规范一个循环样本载荷的雨流矩阵：对每个子规范一个循环样本载荷的共 n*m 个R-M雨流矩阵按百分位扩展（似然分析）并选定分位；程序疲劳试验方法 根据各子规范的循环次数，将（选定分位）一个循环的雨流矩阵扩展、外推到母体（对于来自试车场道路采集的载荷可以直接乘以循环次数）；程序疲劳试验方法 将各个子规范的雨流矩阵进行叠加，得到耐久试验总规范载荷雨流矩阵，并

2、根据材料/零件的 S-N 曲线计算:总载荷雨流矩阵中每一元素的疲劳损伤;计算每一元素1次循环的疲劳损伤;程序疲劳试验方法 产生载荷谱：1、循环特性R=-1（不考虑均值影响）：沿 Range 轴对损伤求和。损伤矩阵1）多级载荷谱：根据 S-N 曲线将各 Range 所对应的总损伤折算成与Range 相应的循环次数;程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：a.规定总的循环次数，根据 S-N 曲线将各 Range 的损伤总和折算到相应的Range。b.根据技术要求选定试验载荷 Range，根据 S-N 曲线将各 Range 的损伤总和折算成对应于选定 Range的循环次数。程序疲劳试验方法2、任意循环特性（

3、考虑实际均值的影响）：1）多级载荷谱：在损伤矩阵中选定多个元素（Mean、Range）作为试验载荷、同时规定总的循环次数，将其余元素的损伤折算到选定的各个元素上并保证总次数满足规定要求；程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：a.根据技术要求在损伤矩阵中选定一个元素（Mean、Range）作为试验载荷，并计算其一次循环损伤，将损伤总和折算成对应于选定试验载荷的循环次数。例：选定（Mean=1000N,Range=8000N）为试验载荷，则：一次循环的损伤等于：2.9E-2/1000=2.9E-5将总损伤折算到试验载荷，形影的总循环次数为：9.3E-1/2.9E-5=31730程序疲劳试验方法b.规定总

4、的循环次数，将损伤总和折算到相应的元素上并保证总次数满足规定要求；例：选择试验总循环次数为：100000 则：零部件程序载荷疲劳试验开发 后桥刹车载荷疲劳试验：1、刹车工况后桥受力及最大设计技术要求：前进刹车：F RF (a/g)W R (a/g)(WH /L)倒车刹车：F RR (a/g)W R (a/g)(WH /L)技术参数WWRHLr制动减速度amaxFRFFRR量值2562128064030893410.80.567107578单位kgkgmmmmmmgNN说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度前后轴距车轮滚动半径前进倒车前进刹车后轮接地面制动反力倒车刹车后轮接地面制动反力零部件

5、程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的刹车力矩得到后桥总刹车力矩 My:My=LR_My+RR_MyLR_MyRR_MyLR_My+RR_My零部件程序载荷疲劳试验开发3、将道路采集的各子规范后桥总刹车力矩转化成车轮接地面上的总纵向力Fx 总刹车力矩除以车轮滚动半径(Fx=My/r)并统计总体极值。可以看出道路采集载荷的总体极值小于最大设计载荷。刹车力刹车力矩零部件程序载荷疲劳试验开发4、利用S N曲线，计算各子规范测量车轮接地面上的总纵向力对后桥的损伤强度d。可以看出超过 99%的损伤来自Test_M01，Test_M03，Test_M07，Test_

6、M10贡献。应力集中系数Kf=2，S N 曲线截距C=16，S N 曲线斜率b=0.2 d K f *(Range /C)(1/b)子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12损伤强度/循环0.7428479780.001126261.0853145440.00179980.0099863210.0006181861.8416930880.0008165190.0001120720.069341940.0095561540.002810221

7、运行次数800200200500300202002002002200250100累计损伤强度5.943E+022.253E012.171E+028.999E012.996E+001.236E023.683E+021.633E012.241E021.526E+022.389E+002.810E01累计百分比损伤强度44.4%0.0%16.2%0.1%0.2%0.0%27.5%0.0%0.0%11.4%0.2%0.0%累计总损伤强度：1.339E+3(1/b)零部件程序载荷疲劳试验开发5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次前进刹车和倒车刹车车轮接地面纵向力对后桥的损伤强度，并按照前进刹车和道车

8、刹车10:1，折算出对应于测量累计总损伤强度的前进和倒车刹车循环次数。应力集中系数Kf=2，S N 曲线截距C=16，S N 曲线斜率b=0.2 d K f *(Range /C)零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验的总载荷雨流矩阵，比较对应于 FRF、FRF的测量和计算循环次数。前进刹车倒车刹车零部件程序载荷疲劳试验开发7、后桥刹车载荷疲劳试验台作动器试验台架WRg零部件程序载荷疲劳试验开发 后桥侧向载荷疲劳试验：1、后桥侧向受力及最大设计载荷技术要求：悬架压缩时侧向载荷：F I a 2悬架伸张时侧向载荷：WRTH)FO W2Ra WRTH技术参数WWRHTr加速度 a

9、max摩擦系数 FIFO量值2562128064015903410.80.80.782491563单位kgkgmmmmmmNN说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度后轮距车轮滚动半径侧向加速度InboardOutboard悬架压缩时后轮接地面侧向反力悬架压缩时后轮接地面侧向反力零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的侧向力得到后桥总侧向力 Fy:Fy=LR_Fy+RR_FyLR_FyRR_FyLR_Fy+RR_Fy零部件程序载荷疲劳试验开发3、统计道路采集的各子规范后桥平均侧向力总体极值并于最大设计侧向载荷比较 可以看出道路采集载荷的总体极值小于

10、最大设计载荷。4零部件程序载荷疲劳试验开发4、利用S N曲线，计算各子规范测量平均侧向力对后桥的等损伤强度。可以看出接近99%的损伤来自Test_M04，Test_M06，Test_M7，Test_M10，Test_M12，贡献。应力集中系数Kf=2，S N 曲线截距C=16，S N 曲线斜率b=0.2 d K f *(Range /C)(1/b)子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12损伤强度/循环0.0028448072.992E03

11、8.010E042.590E023.314E033.898E013.206E012.286E021.008E023.204E016.962E041.088E01运行次数800200200500300202002002200250100累计损伤强度2.276E+005.983E011.602E011.295E+019.943E017.796E+006.412E+014.573E+004.030E027.048E+021.740E011.088E+01累计百分比损伤强度0.3%0.1%0.0%1.6%0.1%1.0%7.9%0.6%0.0%87.1%0.0%1.3%累计总损伤强度：8.094E+2

12、零部件程序载荷疲劳试验开发5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次从压缩到伸张过程的侧向力循环对后桥的损伤强度，折算出对应于测量累计总损伤强度循环次数。应力集中系数Kf=2，S N 曲线截距C=16，S N 曲线斜率b=0.2 d K f *(Range /C)(1/b)悬架压缩时后轮接地面侧向反力：08.25kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：01.56kN:Range=9.81kN一次循环的损伤强度:d=0.173291等效于累计总损伤强度的循环次数:N=4671减小载荷增加循环次数 65%Range悬架压缩时后轮接地面侧向反力：08.25kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：01.56k

13、N:Range=6.38kN一次循环的损伤强度:d=0.173291等效于累计总损伤强度的循环次数:N=40256零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验的平均侧向载荷雨流矩阵，比较对应于 Range=9.81kN的测量和计算循环次数。Force(N)Force(N)Time(sec.)零部件程序载荷疲劳试验开发7、后桥侧向载荷疲劳试验台LR_Fy7000400010002000左后载荷谱（LR_Fy）RR_Fy0 0.20.40.6 0.811.21.41.61.8右后载荷谱（RR_Fy）2 2.22.42.62.8 303000600090000 0.20.40.60.8

14、 1 1.21.41.61.8 2 2.22.42.62.8 3Time(sec.)疲劳耐久试验策略产品可靠性要求：规定条件：确定载荷强度-选择试验规范（载荷、温度、压力、振动/冲 击、腐蚀）；规定时间：可靠性寿命（时间、里程)、置信水平（样本数、寿命循环数）；规定功能：失效判据、失效等级。发生频率（%）用户数量疲劳耐久试验策略 规定试验条件-确定试验规范（载荷）：1、等效不同的用户使用；2、满足不同的可靠度要求。不同的车辆使用、试验强度80%60%40%Tier_1Tier_2Tier_3PGTestGLOBAL20%0%02468使用强度10121416严重度Microsoft Excel

15、Worksheet疲劳耐久试验策略可靠性寿命可靠度：在规定的条件和时间，产品可能完成规定功能（可靠的-存活），也可能完不成规定功能（不可靠的-失效）。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。可靠度评价指标，根据系统可靠性理论：对于结构疲劳试验，按照可靠度要求由高到低为：整车、系统/子系统、部件（即：VTSSSTSCTS）。零件寿命分布乘员重量分布TMicrosoft WordDocument疲劳耐久试验策略可靠度统计计算：由于可靠度是一个概率的描述，因此试验应当包含一定量的试验样本/品数。计算的方法通常为：运行试验并取得试验寿命数据；根据寿命数据判断其符合的概率分布规律；歪斜/

16、长尾钟型/对称用数理统计的方法计算分布参数，并给出寿命-概率结果。对汽车结构疲劳寿命试验结果分析，最常用的是 2 参数威布尔分布：F(t)1 e()根据分布规律和试验数据获取分布参数得过程称为参数估计，最常用的常用的方法有MLE法、秩回归法等。疲劳耐久试验策略 可靠度与统计置信水平 置信水平/置信度是针对被试零件，在给定样本数N的前提下，对样品（零件）按照规定的广义载荷 f进行试验时所能观察到该零件实效的可能性（或几率）、或者说针对该零件其故障出现的可能性（或几率），用概率来描述。当样本数为1时，置信度就等于该零件的失效概率F、或 1R（R是该零件/系统的可靠度）。对于高可靠度（失效率很低）的

17、零件，当样本数很小时，故障很可能观察不到（或根本不发生），因此估计得可靠度就具有一定的不确定性。疲劳耐久试验策略置信度-试验样本数、试验周期确定：确定样本数量：如何让故障充分暴露（提高观察几率），基本的方法是增加样本数。对于一个可靠度为R（R 1），失效率为 F=1-R 的特定零件M。根据上述置信度的意义，试验样本数和置信度之间的关系可以通过系统可靠度方法得到。当样本数等于1时，试验系统相当于图1，其可靠度为 R，失效率、为 F，相应的置信度等于 C。fM图 1当样本数等于N时，由于我们对于N各样品进行的是完全相同（试验载荷）试验，并且各个样品试验之间互相独立。因此对N个样品的试验就等同于图2

18、 的由N各样品组成的的串联试验系统。2NNsN-疲劳耐久试验策略fMMM共N个图 2根据串联系统可靠度计算方法，系统可靠度为：R s P(M 1 M.M)P(M 1)P(M 2)P(M)R N系统失效率，即置信度为：C F 1 R可靠性试验样本数可靠-置信度.xls 1 R疲劳耐久试验策略确定试验周期可以看出为了在产品开发中充分暴露问题，需要的样本数会急剧增加。比如为了以50%置信度观察到可靠度为95%的一般部件的失效，需要对14个样品进行试验；对于关键部件当可靠度为 99%时，需要对69个样品进行试验。如果适当提高置信度则需要的样本数量更大。更何况为了改进，通常都需要进行不止一轮的试验验证。

19、对于产品开发过程中的试制样品无疑代价是巨大的。而这些问题如果没有在开发阶段充分暴露，将会带来潜在的售后成本。另一个提高置信度的方法是扩展试验周期。1nt tttT1nN1可 性 验 本-可-置 度靠 试 样 数靠 信.xls疲劳耐久试验策略根据可靠度、置信度和样本数关系：R(t)n 1 CLog(R(t)Log(1 C)样品寿命符合2参数威布尔分布：()()F(t)1 e R(t)1 F(t)e Log (R(t)()如果对于同一样品我们分别采用两组不同样本数n和N进行试验验证，为了获得相同的置信度C，对其寿命要求（REP)规定为t和T 由此得到：Log(R(t)Log(1 C)()Log(R

20、(T)Log(1 C)()从而得到：nN (Tt)orT t nN可以看出，为了取得相同的置信度，增加样本数和延长试验里程能取得相同的效果。根据经验对 取值，通常（无经验数据）取1.5疲劳耐久试验策略 可靠性评价-给定置信水平的可靠性寿命：部件结构疲劳可靠度评价指标（REP）为，在规定载荷下：可靠性寿命：50%置信度下，给定的存活率寿命不低于规定的寿命循环次数。比如：R10 C50（或 B10 C50 ）寿命 200000 cycles寿命分布：两个给定的存活率寿命之比不大于规定值。比如：B10C50/B90 C50 1/3Microsoft Excel工作表12疲劳耐久试验策略失效判据和故障

21、分类:1、失效判据：序号零件/系统发动机部件1)性能2)机械部件（曲轴，活塞，阀，连杆，等）3)机油损耗4)发动机压力判据无异常下降无裂纹和超标磨损最大 ng/100km符合设计要求驱动系统部件无裂纹1)变速箱总体2)离合器踏板力噪声磨损3)连接件换档力无故障/不失灵无噪声超标无异常增加无噪声超标无故障/不失灵无故障/不失灵34疲劳耐久试验策略序号零件/系统基本结构1)车身面板焊点点焊CO2焊2)密封件运动部件（发动机舱盖/门/行李箱盖）1)间隙/接合缝高差发动机舱挡泥板TrunkxSideOTRPanel门柱2)铰链部件判据无超标裂纹不贯通和分离无裂纹和分离无灰尘浸入车底密封件不产生裂纹无裂

22、纹，松动，变形，配合变坏和局部油漆损坏无超标间隙无裂纹无超标噪声56789疲劳耐久试验策略序号零件/系统保险杠悬置支撑部件（发动机/变速箱/座椅/散热器/电瓶/方向盘/转向机）刹车系统悬架部件判据不随意串动无裂纹无变形不撕裂无故障/不失灵无不均匀磨损无抖动/发啃无裂纹和破裂无变形不松动（扭矩符合技术要求）无异常下降转向部件1)运动件2)几何无裂纹和破裂不松动（扭矩符合技术要求）无偏差10功能部件无明显损坏11131417疲劳耐久试验策略序号121516零件/系统异响噪声锁具，发动机，发动机舱盖，装饰件，铰链，锁销，吊钩，门锁，燃油加注口盖，仪表板，储物盒（手套箱）等）装配密封刹车/燃油/排气系

23、统软管接头紧固件（螺栓、螺丝等）软管/硬管/线束等传感器安全带橡胶和衬套部件判据无异响噪声无泄漏不松动（力矩满足技术要求）表皮/面完好无故障/不失灵不松弛（满足技术要求）不撕裂无超标变形疲劳耐久试验策略2、故障分类-严重度等级裂纹评价标准故障等级123试验结束后裂纹状态表面或焊点小裂纹（长度小 小裂纹（长度小于10 mm)：10mm）：-肉眼可见增长的裂纹-可能影响车辆安全的裂纹；（不超标-中断/停止增长）-可能影响部件功能或结构完 -高应力区域中的焊点（当整性的裂 纹；该焊点出现裂纹 时 可能-导致部件或结构明显大变形 导致其它焊点超载）。的裂纹；-不导致车辆解体的 可见裂纹；-引起噪声（扭曲，摩擦等）的裂纹。长裂纹（长度大于10 mm）：-所有裂纹。小裂纹（长度小于10 mm)或点焊：-裂纹增长不（肉眼）可见（不超标）。反映-发布故障报告；-改变设计或制造工艺流程（跟踪）。-发布故障报告-改变设计或制造工艺流程（跟踪）。-发布故障报告-改变设计或制造工艺流程（跟踪）。