留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

变截面钢板弹簧台架疲劳载荷谱编辑研究

杜建 于人杰 董国疆 韩用

杜建,于人杰,董国疆, 等. 变截面钢板弹簧台架疲劳载荷谱编辑研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(3):371-378 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200347
引用本文: 杜建,于人杰,董国疆, 等. 变截面钢板弹簧台架疲劳载荷谱编辑研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(3):371-378 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200347
DU Jian, YU Renjie, DONG Guojiang, HAN Yong. Study on Fatigue Bench Load Spectrum of Leaf Spring with Variable Section[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(3): 371-378. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200347
Citation: DU Jian, YU Renjie, DONG Guojiang, HAN Yong. Study on Fatigue Bench Load Spectrum of Leaf Spring with Variable Section[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(3): 371-378. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200347

变截面钢板弹簧台架疲劳载荷谱编辑研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200347
基金项目: 汽车底盘性能工程技术研发团队项目(cstc2018kjrc-sftd089)
详细信息
    作者简介:

    杜建(1989−),工程师,硕士,研究方向为多体载荷提取、疲劳试验及仿真分析,dujiancaeri@163.com

  • 中图分类号: U461

Study on Fatigue Bench Load Spectrum of Leaf Spring with Variable Section

  • 摘要: 钢板弹簧台架疲劳载荷谱一般来源于经验估算值,不能准确反映钢板弹簧真实工况承载状态。本文提出一种新的钢板弹簧台架疲劳载荷谱编辑方法,从整车实际工况出发,综合应用道路载荷谱采集、多体动力学建模和载荷谱编辑技术,基于钢板弹簧试验场原始随机载荷谱编辑出台架疲劳载荷谱。采用仿真分析与试验验证两种技术手段,对比分析钢板弹簧试验场原始随机载荷谱与台架疲劳载荷谱对构件的影响规律,结果表明,两种谱下的钢板弹簧失效方式一致,台架谱较原始谱更为保守,证明可以通过载荷编辑技术实现钢板弹簧疲劳性能分析从昂贵的试验场验证转换到简单高效的室内台架验证。
  • 图  1  行驶轨迹

    图  2  车架0应变信号消除漂移前后对比

    图  3  前减震器阻尼曲线

    图  4  钢板弹簧多体动力学模型

    图  5  整车多体动力学模型

    图  6  后悬架垂向刚度标定曲线

    图  7  目标信号比利时正路工况迭代结果

    图  8  右后弹簧位移时域对比

    图  9  右后弹簧位移频域对比

    图  10  比利时正路板簧载荷谱

    图  11  钢板弹簧台架谱编辑流程

    图  12  钢板弹簧有限元模型

    图  13  钢板板簧台架试验示意图

    图  14  应变花传感器在板簧布置示意图

    图  15  载荷分割结果

    图  16  第三片板簧损伤云图

    图  17  钢板弹簧台架疲劳试验

    图  18  钢板弹簧疲劳试验结果

    表  1  传感器选配说明

    通道统计传感器名称测量参数单位
    32轮心六分力纵向力N
    侧向力N
    垂向力N
    倾翻力矩Nm
    制动力矩Nm
    回正力矩Nm
    轮心加速度g
    车速km/h
    30加速度轴头加速度g
    车架加速度
    4位移前、后弹簧位移mm
    29应变花车架应变με
    4GPS行驶轨迹
    1触发器路段标定
    下载: 导出CSV

    表  2  钢板弹簧强度工况分析结果

    序号工况加速度/g板簧与车桥连接点载荷(左)
    axayazFx/NFy/NFz/NTx/(Nm)Ty/(Nm)Tz/(Nm)
    1 上跳冲击 −2 574 −138 17388 −50 −80 112
    2 转弯 −0.8 −1 2109 5790 13240 −610 290 −650
    3 制动 0.8 −1 5190 −46 4750 −31 −2070 410
    下载: 导出CSV

    表  3  钢板弹簧疲劳试验台架谱

    疲劳工况类型 力矩加载频率/Hz
    方向幅值/N循环次数方向幅值/(Nm)循环次数
    垂向 垂向 17388 49688 1
    侧倾 垂向 13240 86332 绕垂向 650 428559 1
    制动 垂向 4750 670788 绕侧向 2070 47203 1
    下载: 导出CSV

    表  4  钢板弹簧刚度试验值与仿真值对比

    负荷/N挠度/mm相对误差/%
    试验值仿真值
    000
    450067.467.20.3
    7500107.7108.30.56
    12000140.5140.30.14
    13500158.2160.21.26
    下载: 导出CSV

    表  5  0方向线应变仿真值与试验值标定结果

    测点编号垂向工况制动工况
    试验值/με仿真值/με误差/%试验值/με仿真值/με误差/%
    1 2268 2370 4.5 355 342 3.7
    2 3620 3220 11 705 786 11.5
    3 3623 3450 4.8 1786 1806 1.1
    4 2720 2444 10.1 998 1052 5.4
    下载: 导出CSV

    表  6  侧倾工况主应变仿真值与试验值对比

    测点编号试验应变/με仿真应变/με误差/%
    11286150417
    2240824762.8
    32369279618
    4169917774.6
    下载: 导出CSV
  • [1] 闫彩伟, 叶南海, 王利, 等. 汽车钢板弹簧在不同摩擦系数下疲劳寿命研究[J]. 计算机仿真, 2014, 31(12): 147-150 doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2014.12.033

    YAN C W, YE N H, WANG L, et al. Fatigue reliability analysis of automobile armor plate spring considering different friction coefficients[J]. Computer Simulation, 2014, 31(12): 147-150 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2014.12.033
    [2] KONG Y S, OMAR M Z, CHUA L B, et al. Fatigue life prediction of parabolic leaf spring under various road conditions[J]. Engineering Failure Analysis, 2014, 46: 92-103
    [3] 朱剑宝, 陈建宏, 林平. 汽车少片变截面板簧的疲劳寿命仿真设计[J]. 重庆理工大学学报, 2011, 25(4): 18-22

    ZHU J B, CHEN J H, LIN P. Fatigue life simulation design and research of the taper leaf spring on automobile[J]. Journal of Chongqing University of Technology, 2011, 25(4): 18-22 (in Chinese)
    [4] 韩为铎, 卢剑伟, 莫家奇. 非线性渐变刚度钢板弹簧疲劳分析载荷谱编制方法[J]. 振动与冲击, 2017, 36(6): 241-245,252

    HAN W D, LU J W, MO J Q. Load spectrum compilation method for the fatigue analysis of leaf springs with nonlinear varying stiffness[J]. Journal of Vibration and Shock, 2017, 36(6): 241-245,252 (in Chinese)
    [5] 张洁. 重型商用车钢板弹簧疲劳分析及台架试验程序载荷谱研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2019

    ZHANG J. Study on fatigue analysis and bench test load spectrum compilation method of leaf springs with heavy duty vehicle[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2019 (in Chinese)
    [6] OZMEN B, ALTIOK B, GUZEL A, et al. A novel methodology with testing and simulation for the durability of leaf springs based on measured load collectives[J]. Procedia Engineering, 2015, 101: 363-371
    [7] 张三川, 徐景霞. 卡车钢板弹簧的动态特性仿真与试验研究[J]. 机械设计与制造, 2019, 10(10): 68-71 doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2019.10.017

    ZHANG S C, XU J X. Experimental study and simulation on dynamic characteristics of truck leaf spring[J]. Machinery Design & Manufacture, 2019, 10(10): 68-71 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2019.10.017
    [8] 柯俊, 史文库, 袁可, 等. 复合材料板簧连接结构的匹配设计方法[J]. 汽车工程, 2019, 41(9): 1096-1101, 1107

    KE J, SHI W K, YUAN K, et al. Matching design method for connection structures of composite leaf spring[J]. Automotive Engineering, 2019, 41(9): 1096-1101, 1107 (in Chinese)
    [9] 黄建, 王良模, 彭曙兮, 等. 基于多体动力学的钢板弹簧建模方法研究[J]. 汽车技术, 2011(8): 10-13 doi: 10.3969/j.issn.1000-3703.2011.08.004

    HUANG J, WANG L M, PENG S X, et al. Study on the modeling of leaf spring based on multi-body dynamics[J]. Automobile Technology, 2011(8): 10-13 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-3703.2011.08.004
    [10] 古玉锋, 吕彭民, 单增海. 汽车钢板弹簧多体动力学建模综述[J]. 汽车工程, 2014, 36(12): 1513-1519, 1545

    GU Y F, LYU P M, SHAN Z H. A review on multi-body dynamics modeling for vehicle leaf springs[J]. Automotive Engineering, 2014, 36(12): 1513-1519, 1545 (in Chinese)
    [11] 李凌阳, 张云清, 覃刚, 等. 钢板弹簧建模方法研究[J]. 汽车工程, 2013, 35(7): 660-666 doi: 10.3969/j.issn.1000-680X.2013.07.017

    LI L Y, ZHANG Y Q, QIN G, et al. A research on the modeling methods of leafspring[J]. Automotive Engineering, 2013, 35(7): 660-666 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-680X.2013.07.017
    [12] 邵建, 董益亮, 肖攀, 等. 基于多体模型仿真的载荷谱虚拟迭代技术分析[J]. 重庆理工大学学报, 2010, 24(12): 84-87

    SHAO J, DONG Y L, XIAO P, et al. Virtual iteration technology of load spectrum based on multiple body simulation[J]. Journal of Chongqing University of Technology (Natural Science), 2010, 24(12): 84-87 (in Chinese)
    [13] 宋双贺. 某三轴商用车典型路面载荷谱预测技术研究[D]. 长春: 吉林大学, 2016

    SONG S H. Research on load spectrum prediction technology of typical road surface of three axle commercial vehicle[D]. Changchun: Jilin University, 2016 (in Chinese)
    [14] LEE Y L, PAN J. Fatigue testing and analysis[M/OL]. https://www.researchgate.net/publication/297341765_Fatigue_testing_and_analysis, 2005.
    [15] 曹梦颖. 基于载荷谱的橡胶衬套台架疲劳试验方法研究[D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2017

    CAO M Y. Study on fatigue test method of rubber bushing based on load spectrum[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2017 (in Chinese)
    [16] 刘献栋, 曾小芳, 单颖春. 基于试验场实测应变的车辆下摆臂疲劳寿命分析[J]. 农业机械学报, 2009, 40(5): 34-38

    LIU X D, ZENG X F, SHAN Y C. Fatigue life analysis of vehicles lower suspension arm based on strain signal measured in proving ground[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2009, 40(5): 34-38 (in Chinese)
    [17] 丁晓明, 韦进光, 肖甫. 汽车前悬结构件耐久性分析及优化[J]. 机械科学与技术, 2017, 36(9): 1381-1387

    DING X M, WEI J G, XIAO F. Durability analysis and optimization of car front suspension structure[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2017, 36(9): 1381-1387 (in Chinese)
  • 加载中
图(18) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  125
  • HTML全文浏览量:  82
  • PDF下载量:  6
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-10
  • 刊出日期:  2022-05-11

目录

    /

    返回文章
    返回