1、,程序載荷疲勞試驗(yàn),目錄,程序疲勞試驗(yàn)方法,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā)疲勞耐久試驗(yàn)策略,程序疲勞試驗(yàn)方法,道路載荷數(shù)據(jù)采集：,駕駛習(xí)慣、隨機(jī)因素的影響:n名司機(jī)、每一子規(guī)范m次重,復(fù)采集每一子規(guī)范共n*m個(gè)載荷樣本。,程序疲勞試驗(yàn)方法,計(jì)算每個(gè)子規(guī)范一個(gè)循環(huán)樣本載荷的雨流矩陣：,對(duì)每個(gè)子規(guī)范一個(gè)循環(huán)樣本載荷的共n*m個(gè)R-M雨流矩陣按百分位,擴(kuò)展（似然分析）并選定分位；,程序疲勞試驗(yàn)方法,根據(jù)各子規(guī)范的循環(huán)次數(shù)，將,（選定分位）一個(gè)循環(huán)的雨流矩陣擴(kuò)展、外推到母體（對(duì)于來(lái)自試車場(chǎng)道路采集的載荷可以直接乘以循環(huán)次數(shù)）；,程序疲勞試驗(yàn)方法,將各個(gè)子規(guī)范的雨流矩陣進(jìn)行疊加，得到耐久試驗(yàn)總規(guī)范載荷雨流,

2、矩陣，并根據(jù)材料/零件的S-N曲線計(jì)算:總載荷雨流矩陣中每一元素的疲勞損傷;計(jì)算每一元素1次循環(huán)的疲勞損傷;,程序疲勞試驗(yàn)方法,產(chǎn)生載荷譜：,1、循環(huán)特性R=-1（不考慮均值影響）：沿Range軸對(duì)損傷求和。,損傷矩陣,1）多級(jí)載荷譜：根據(jù)S-N曲線將各Range所對(duì)應(yīng)的總損傷折算成與Range相應(yīng)的循環(huán)次數(shù);,程序疲勞試驗(yàn)方法,2）單級(jí)載荷譜：,a.規(guī)定總的循環(huán)次數(shù)，根據(jù)S-N曲線將各Range的損傷總和折算到相應(yīng)的Range。,b.根據(jù)技術(shù)要求選定試驗(yàn)載荷Range，根據(jù)S-N曲線將各Range的損傷總和折算成對(duì)應(yīng)于選定Range的循環(huán)次數(shù)。,程序疲勞試驗(yàn)方法,2、任意循環(huán)特性（考慮實(shí)際均

3、值的影響）：,1）多級(jí)載荷譜：在損傷矩陣中選定多個(gè)元素（Mean、Range）作為試驗(yàn)載荷、同時(shí)規(guī)定總的循環(huán)次數(shù)，將其余元素的損傷折算到選定的各個(gè)元素上并保證總次數(shù)滿足規(guī)定要求；,程序疲勞試驗(yàn)方法,2）單級(jí)載荷譜：,a.根據(jù)技術(shù)要求在損傷矩陣中選定一個(gè)元素（Mean、Range）作為試驗(yàn)載荷，并計(jì)算其一次循環(huán)損傷，將損傷總和折算成對(duì)應(yīng)于選定試驗(yàn)載荷的循環(huán)次數(shù)。,例：選定（Mean=1000N,Range=8000N）為試驗(yàn)載荷，則：,一次循環(huán)的損傷等于：2.9E-2/1000=2.9E-5,將總損傷折算到試驗(yàn)載荷，形影的總循環(huán)次數(shù)為：9.3E-1/2.9E-5=31730,程序疲勞試驗(yàn)方法,b

4、.規(guī)定總的循環(huán)次數(shù)，將損傷總和折算到相應(yīng)的元素上并保證總次數(shù)滿足規(guī),定要求；,例：選擇試驗(yàn)總循環(huán)次數(shù)為：100000則：,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā)后橋剎車載荷疲勞試驗(yàn)：1、剎車工況后橋受力及最大設(shè)計(jì)技術(shù)要求：前進(jìn)剎車：FRF(a/g)WR(a/g)(WH/L)倒車剎車：FRR(a/g)WR(a/g)(WH/L),技術(shù)參數(shù)WWRHLr制動(dòng)減速度amaxFRFFRR,量值2562128064030893410.80.567107578,單位kgkgmmmmmmgNN,說(shuō)明整車滿載載重滿載后橋軸荷中心到地面高度前后軸距車輪滾動(dòng)半徑前進(jìn)倒車前進(jìn)剎車后輪接地面制動(dòng)反力倒車剎車后輪接地面制動(dòng)反力,零部件

5、程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),2、按照試驗(yàn)規(guī)范采集道路行駛載荷，綜合道路采集的左、右輪的剎車力矩得到后橋總剎車力矩My:My=LR_My+RR_My,LR_MyRR_My,LR_My+RR_My,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),3、將道路采集的各子規(guī)范后橋總剎車力矩轉(zhuǎn)化成車輪接地面上的總縱向力Fx總剎車力矩除以車輪滾動(dòng)半徑(Fx=My/r)并統(tǒng)計(jì)總體極值。可以看出道路采集載荷的總體極值小于最大設(shè)計(jì)載荷。,剎車力,剎車力矩,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā)4、利用SN曲線，計(jì)算各子規(guī)范測(cè)量車輪接地面上的總縱向力對(duì)后橋的損傷強(qiáng)度d?？梢钥闯龀^(guò)99%的損傷來(lái)自Test_M01，Test_M03，Test_M07，T

6、est_M10貢獻(xiàn)。應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，SN曲線截距C=16，SN曲線斜率b=0.2dKf*(Range/C)(1/b),子規(guī)范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12,損傷強(qiáng)度/循環(huán)0.7428479780.001126261.0853145440.00179980.0099863210.0006181861.8416930880.0008165190.0001120720.069341940.0095561540.002810221,運(yùn)行

7、次數(shù)800200200500300202002002002200250100,累計(jì)損傷強(qiáng)度5.943E+022.253E012.171E+028.999E012.996E+001.236E023.683E+021.633E012.241E021.526E+022.389E+002.810E01,累計(jì)百分比損傷強(qiáng)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%,累計(jì)總損傷強(qiáng)度：1.339E+3,(1/b),零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),5、以最大設(shè)計(jì)載荷作為試驗(yàn)載荷。計(jì)算每一次前進(jìn)剎車和倒車剎車車輪接地面縱向力對(duì)后橋的損傷強(qiáng)度，并按照前進(jìn)剎

8、車和道車剎車10:1，折算出對(duì)應(yīng)于測(cè)量累計(jì)總損傷強(qiáng)度的前進(jìn)和倒車剎車循環(huán)次數(shù)。,應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，SN曲線截距C=16，SN曲線斜率b=0.2dKf*(Range/C),零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),6、按照耐久試驗(yàn)規(guī)范計(jì)算道路試驗(yàn)的總載荷雨流矩陣，比較對(duì)應(yīng)于FRF、FRF的測(cè)量和計(jì)算循環(huán)次數(shù)。,前進(jìn)剎車倒車剎車,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),7、后橋剎車載荷疲勞試驗(yàn)臺(tái),作動(dòng)器,試驗(yàn)臺(tái)架,W,R,g,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā)后橋側(cè)向載荷疲勞試驗(yàn)：1、后橋側(cè)向受力及最大設(shè)計(jì)載荷技術(shù)要求：懸架壓縮時(shí)側(cè)向載荷：,FIa2懸架伸張時(shí)側(cè)向載荷：,W,RT,H,),F,O,W,2,R,a,W,RT,H,

9、技術(shù)參數(shù)WWRHTr加速度amax摩擦系數(shù)FIFO,量值2562128064015903410.80.80.782491563,單位kgkgmmmmmmNN,說(shuō)明整車滿載載重滿載后橋軸荷中心到地面高度后輪距車輪滾動(dòng)半徑側(cè)向加速度InboardOutboard懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳壹軌嚎s時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳?零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),2、按照試驗(yàn)規(guī)范采集道路行駛載荷，綜合道路采集的左、右輪的側(cè)向力得到后橋總側(cè)向力Fy:Fy=LR_Fy+RR_Fy,LR_FyRR_Fy,LR_Fy+RR_Fy,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),3、統(tǒng)計(jì)道路采集的各子規(guī)范后橋平均側(cè)向力總體極值并于最大設(shè)計(jì)側(cè)向載

10、荷比較可以看出道路采集載荷的總體極值小于最大設(shè)計(jì)載荷。,4,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā)4、利用SN曲線，計(jì)算各子規(guī)范測(cè)量平均側(cè)向力對(duì)后橋的等損傷強(qiáng)度?？梢钥闯鼋咏?9%的損傷來(lái)自Test_M04，Test_M06，Test_M7，Test_M10，Test_M12，貢獻(xiàn)。應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，SN曲線截距C=16，SN曲線斜率b=0.2dKf*(Range/C)(1/b),子規(guī)范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12,損傷強(qiáng)度/循環(huán)0.002

11、8448072.992E038.010E042.590E023.314E033.898E013.206E012.286E021.008E023.204E016.962E041.088E01,運(yùn)行次數(shù)800200200500300202002002200250100,累計(jì)損傷強(qiáng)度2.276E+005.983E011.602E011.295E+019.943E017.796E+006.412E+014.573E+004.030E027.048E+021.740E011.088E+01,累計(jì)百分比損傷強(qiáng)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

12、%,累計(jì)總損傷強(qiáng)度：8.094E+2,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā)5、以最大設(shè)計(jì)載荷作為試驗(yàn)載荷。計(jì)算每一次從壓縮到伸張過(guò)程的側(cè)向力循環(huán)對(duì)后橋的損傷強(qiáng)度，折算出對(duì)應(yīng)于測(cè)量累計(jì)總損傷強(qiáng)度循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力集中系數(shù)Kf=2，SN曲線截距C=16，SN曲線斜率b=0.2dKf*(Range/C)(1/b),懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳Γ?8.25kN:懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳Γ?1.56kN:,Range=9.81kN,一次循環(huán)的損傷強(qiáng)度:d=0.173291等效于累計(jì)總損傷強(qiáng)度的循環(huán)次數(shù):N=4671減小載荷增加循環(huán)次數(shù)65%Range,懸架壓縮時(shí)后輪接地面?zhèn)认蚍戳Γ?8.25kN:懸架壓縮時(shí)后輪接

13、地面?zhèn)认蚍戳Γ?1.56kN:,Range=6.38kN,一次循環(huán)的損傷強(qiáng)度:d=0.173291等效于累計(jì)總損傷強(qiáng)度的循環(huán)次數(shù):N=40256,零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā),6、按照耐久試驗(yàn)規(guī)范計(jì)算道路試驗(yàn)的平均側(cè)向載荷雨流矩陣，比較對(duì)應(yīng)于Range=9.81kN的測(cè)量和計(jì)算循環(huán)次數(shù)。,Force(N),Force(N),Time(sec.),零部件程序載荷疲勞試驗(yàn)開(kāi)發(fā)7、后橋側(cè)向載荷疲勞試驗(yàn)臺(tái),LR_Fy7000400010002000,左后載荷譜（LR_Fy）,RR_Fy,0,0.2,0.4,0.6,0.811.21.41.61.8右后載荷譜（RR_Fy）,2,2.2,2.4,2.6,2.

14、8,3,0300060009000,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,1.2,1.4,1.6,1.8,2,2.2,2.4,2.6,2.8,3,Time(sec.),疲勞耐久試驗(yàn)策略,產(chǎn)品可靠性要求：,規(guī)定條件：確定載荷強(qiáng)度-選擇試驗(yàn)規(guī)范（載荷、溫度、,壓力、振動(dòng)/沖擊、腐蝕）；,規(guī)定時(shí)間：可靠性壽命（時(shí)間、里程)、置信水平,（樣本數(shù)、壽命循環(huán)數(shù)）；,規(guī)定功能：失效判據(jù)、失效等級(jí)。,發(fā)生頻率（%）,用,戶,數(shù),量,疲勞耐久試驗(yàn)策略規(guī)定試驗(yàn)條件-確定試驗(yàn)規(guī)范（載荷）：1、等效不同的用戶使用；2、滿足不同的可靠度要求。不同的車輛使用、試驗(yàn)強(qiáng)度80%,60%40%,Tier_1Tier_2Tie

15、r_3PGTest,GLOBAL20%,0%,0,2,4,6,8使用強(qiáng)度,10,12,14,16,嚴(yán)重度,MicrosoftExcelWorksheet,疲勞耐久試驗(yàn)策略,可靠性壽命,可靠度：,在規(guī)定的條件和時(shí)間，產(chǎn)品可能完成規(guī)定功能（可靠,的-存活），也可能完不成規(guī)定功能（不可靠的-失效）?？煽慷仁钱a(chǎn)品在規(guī)定條件，規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。,可靠度評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)可靠性理論：,對(duì)于結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)，按照可靠度要求由高到低為：整車、,系統(tǒng)/子系統(tǒng)、部件（即：VTSSSTSCTS）。,零,件,壽,命,分,布,乘,員,重,量,分,布,T,MicrosoftWord,Document,疲勞耐久試

16、驗(yàn)策略可靠度統(tǒng)計(jì)計(jì)算：由于可靠度是一個(gè)概率的描述，因此試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)包含一定量的試驗(yàn)樣本/品數(shù)。計(jì)算的方法通常為：運(yùn)行試驗(yàn)并取得試驗(yàn)壽命數(shù)據(jù)；,根據(jù)壽命數(shù)據(jù)判斷其符合的概率分布規(guī)律；,歪斜/長(zhǎng)尾,鐘型/對(duì)稱,用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算分布參數(shù)，并給出壽命-概率結(jié)果。對(duì)汽車結(jié)構(gòu)疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)果分析，最常用的是2參數(shù)威,布爾分布：,F(t)1e,(,),根據(jù)分布規(guī)律和試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取分布參數(shù)得過(guò)程稱為參數(shù)估計(jì)，最常用的常用的方法有MLE法、秩回歸法等。,疲勞耐久試驗(yàn)策略,可靠度與統(tǒng)計(jì)置信水平,置信水平/置信度是針對(duì)被試零件，在給定樣本數(shù)N的前提下，對(duì)樣品（零件）按照規(guī)定的廣義載荷f進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)所能觀察到該零件實(shí)效的

17、可能性（或幾率）、或者說(shuō)針對(duì)該零件其故障出現(xiàn)的可能性（或幾率），用概率來(lái)描述。,當(dāng)樣本數(shù)為1時(shí)，置信度就等于該零件的失效概率F、或1R,（R是該零件/系統(tǒng)的可靠度）。,對(duì)于高可靠度（失效率很低）的零件，當(dāng)樣本數(shù)很小時(shí)，故障很可能觀察不到（或根本不發(fā)生），因此估計(jì)得可靠度就具有一定的不確定性。,疲勞耐久試驗(yàn)策略置信度-試驗(yàn)樣本數(shù)、試驗(yàn)周期確定：確定樣本數(shù)量：如何讓故障充分暴露（提高觀察幾率），基本的方法是增加樣本數(shù)。對(duì)于一個(gè)可靠度為R（R1），失效率為F=1-R的特定零件M。根據(jù)上述置信度的意義，試驗(yàn)樣本數(shù)和置信度之間的關(guān)系可以通過(guò)系統(tǒng)可靠度方法得到。當(dāng)樣本數(shù)等于1時(shí)，試驗(yàn)系統(tǒng)相當(dāng)于圖1，其可靠

18、度為R，失效率、為F，相應(yīng)的置信度等于C。,f,M圖1,當(dāng)樣本數(shù)等于N時(shí)，由于我們對(duì)于N各樣品進(jìn)行的是完全相同（試驗(yàn)載荷）試驗(yàn)，并且各個(gè)樣品試驗(yàn)之間互相獨(dú)立。因此對(duì)N個(gè)樣品的試驗(yàn)就等同于圖2的由N各樣品組成的的串聯(lián)試驗(yàn)系統(tǒng)。,2,N,N,s,N,-,疲勞耐久試驗(yàn)策略,f,M,M,M,共N個(gè)圖2根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算方法，系統(tǒng)可靠度為：,RsP(M1M,.M,)P(M1)P(M2)P(M,)RN,系統(tǒng)失效率，即置信度為：,CF,1R可靠性試驗(yàn)樣本數(shù)可靠-置信度.xls,1R,疲勞耐久試驗(yàn)策略,確定試驗(yàn)周期,可以看出為了在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中充分暴露問(wèn)題，需要的樣本數(shù)會(huì)急劇增加。比如為了以50%置信度觀察到

19、可靠度為95%的一般部件的失效，需要對(duì)14個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)于關(guān)鍵部件當(dāng)可靠度為99%時(shí)，需要對(duì)69個(gè)樣品進(jìn)行試驗(yàn)。如果適當(dāng)提高置信度則需要的樣本數(shù)量更大。更何況為了改進(jìn)，通常都需要進(jìn)行不止一輪的試驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的試制樣品無(wú)疑代價(jià)是巨大的。而這些問(wèn)題如果沒(méi)有在開(kāi)發(fā)階段充分暴露，將會(huì)帶來(lái)潛在的售后成本。另一個(gè)提高置信度的方法是擴(kuò)展試驗(yàn)周期。,1,n,tt,t,t,T,1,n,N,1,可性驗(yàn)本-,可-置度,靠試樣數(shù),靠信.xls,疲勞耐久試驗(yàn)策略根據(jù)可靠度、置信度和樣本數(shù)關(guān)系：,R(t)n1C,Log(R(t),Log(1C),樣品壽命符合2參數(shù)威布爾分布：()()F(t)1eR(t)

20、1F(t)eLog(R(t)()如果對(duì)于同一樣品我們分別采用兩組不同樣本數(shù)n和N進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，為了獲得相同的置信度C，對(duì)其壽命要求（REP)規(guī)定為t和T由此得到：,Log(R(t),Log(1C)(),Log(R(T),Log(1C)(),從而得到：,nN,(,Tt,),or,Tt,nN,可以看出，為了取得相同的置信度，增加樣本數(shù)和延長(zhǎng)試驗(yàn)里程能取得相同的效果。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)取值，通常（無(wú)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）取1.5,疲勞耐久試驗(yàn)策略,可靠性評(píng)價(jià)-給定置信水平的可靠性壽命：,部件結(jié)構(gòu)疲勞可靠度評(píng)價(jià)指標(biāo)（REP）為，在規(guī)定載荷,下：,可靠性壽命：50%置信度下，給定的存活率壽命不低于規(guī),定的壽命循環(huán)次數(shù)。比如

21、：,R10C50（或B10C50）壽命200000cycles壽命分布：兩個(gè)給定的存活率壽命之比不大于規(guī)定值。比,如：,B10C50/B90C501/3,MicrosoftExcel,工作表,1,2,疲勞耐久試驗(yàn)策略失效判據(jù)和故障分類:1、失效判據(jù)：,序號(hào),零件/系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)部件1)性能2)機(jī)械部件（曲軸，活塞，閥，連桿，等）3)機(jī)油損耗4)發(fā)動(dòng)機(jī)壓力,判據(jù)無(wú)異常下降無(wú)裂紋和超標(biāo)磨損最大ng/100km符合設(shè)計(jì)要求,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件無(wú)裂紋,1)變速箱總體2)離合器踏板力噪聲磨損3)連接件換檔力,無(wú)故障/不失靈無(wú)噪聲超標(biāo)無(wú)異常增加無(wú)噪聲超標(biāo)無(wú)故障/不失靈無(wú)故障/不失靈,3,4,疲勞耐久試驗(yàn)策略,序號(hào),零件/系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1)車身面板焊點(diǎn)點(diǎn)焊CO2焊2)密封件運(yùn)動(dòng)部件（發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋/門/行李箱蓋）1)間隙/接合縫高差發(fā)動(dòng)機(jī)艙擋泥板TrunkxSideOTRPanel門柱2)鉸鏈部件,判據(jù)無(wú)超標(biāo)裂紋不貫通和分離無(wú)裂紋和分離無(wú)灰塵浸入車底密封件不產(chǎn)生裂紋無(wú)裂紋，松動(dòng)，變形，配合變壞和局部油漆損壞無(wú)超標(biāo)間隙無(wú)裂紋無(wú)超標(biāo)噪聲,5,6,7,8,9,疲勞耐久試驗(yàn)