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基于实际行驶载荷的拉杆总成设计载荷谱提取方法研究

柳春林  
【摘要】:汽车转向拉杆总成直接影响汽车操纵稳定性、行驶安全性和轮胎的使用寿命,一旦失效往往会造成汽车转向不灵敏、转向不及时、甚至不能正确转向、车身摇摆等严重后果。当前大多采用经验公式和安全系数对转向拉杆作静强度设计,或采用常幅值载荷谱作疲劳设计,往往强度过高或不足,和实际行驶工况载荷谱强度差异很大,不利于结构轻量化和安全性。由于随机性和结构复杂性,拉杆总成行驶载荷谱获取十分困难,即使花费大量人力物力获取行驶载荷谱后,如何准确提取设计载荷谱也是一大难题。本文结合某企业需求,基于实际行驶工况,研究六分力预测拉杆总成载荷谱模型,并建立设计载荷谱高效准确提取方法,为拉杆总成精细化设计提供理论依据和有效方法。首先,通过对拉杆和转向轮的受力分析,建立六分力和拉杆总成应变片等载荷谱同步测试系统,并设计标定系统对拉杆总成力进行了标定。在此基础上,设计了数据采集方案,根据试验场耐久性试验规范采集了多款车辆实际行驶载荷谱。采用功率谱中值法进行了载荷谱样本选择,根据原始载荷谱时频域分析及车速等信号进行了特征工况识别,从而截取了各特征工况实际行驶载荷谱,为设计载荷谱计算提取打下基础。其次,应用回归分析方法,建立了六分力与拉杆总成载荷谱的预测模型,采用F检验方法对预测模型进行了检验,显著度在0.025以内。根据采集的六分力载荷谱对拉杆总成载荷谱进行了预测,通过计算决定系数R~2,发现预测载荷谱和实测载荷谱总体非常接近,并进一步从时域、频域、损伤域三个维度验证了预测模型和预测方法的正确性。在此基础上,根据采集另一辆车的六分力载荷谱,采用预测模型预测了拉杆总成载荷谱。再次,对预测载荷谱进行了雨流计数,得到了变程和均值的统计特征,用威布尔-正态二维非线性分布模型对各特征工况的概率分布函数进行了拟合,进一步分析并推断了静强度极大值和疲劳极大值。以疲劳极大值计算多级载荷频次,提取了二维设计载荷谱,并用Goodman等效方法将二维设计载荷谱转化为累积频次图,进一步提取了一维设计载荷谱。同时用LMS_TECWARE将二维设计载荷谱重构,得到了时域设计载荷谱。最后,通过设计载荷谱应用实例展示了提取设计载荷谱的应用方法,应用HYPE RMESH软件对转向拉杆总成进行了单元应力分析和极大值静强度分析,并对拉杆总成进行了静强度安全系数校核,从而检验设计载荷谱中提取的静强度设计参数的有效性。通过对拉杆寿命预测和实际用户使用情况对比,验证了设计载荷谱的准确度和工程应用价值。


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