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隨機(jī)路面激勵(lì)下汽車懸架彈簧應(yīng)力分析

2015-09-23 10:49陳雙梁金剛遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院遼寧錦州00遼沈工業(yè)集團(tuán)駐七二四廠遼寧沈陽(yáng)0045
汽車實(shí)用技術(shù) 2015年12期
關(guān)鍵詞:計(jì)數(shù)法小波歷程

陳雙,梁金剛(.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,遼寧 錦州 00;.遼沈工業(yè)集團(tuán)駐七二四廠,遼寧 沈陽(yáng) 0045)

隨機(jī)路面激勵(lì)下汽車懸架彈簧應(yīng)力分析

陳雙1,梁金剛2
(1.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,遼寧 錦州 121001;2.遼沈工業(yè)集團(tuán)駐七二四廠,遼寧 沈陽(yáng) 110045)

基于整車八自由度動(dòng)力學(xué)模型和路面四輪相關(guān)隨機(jī)輸入時(shí)域模型,得到了懸架彈簧隨機(jī)應(yīng)力的時(shí)間歷程,在此基礎(chǔ)上采用離散二進(jìn)小波變換,對(duì)彈簧隨機(jī)應(yīng)力時(shí)間歷程進(jìn)行多層小波分解及重構(gòu),并對(duì)分解后的應(yīng)力歷程應(yīng)用改進(jìn)的四峰-谷值雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到應(yīng)力頻次的分布情況。研究結(jié)果為汽車懸架零件的疲勞損傷分析提供新的參考。

汽車;懸架彈簧;隨機(jī)應(yīng)力;小波分析;雨流計(jì)數(shù)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.019

CLC NO.: U463.3Document Code: AArticle ID:1671-7988(2015)12-53-05

引言

隨著汽車工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展,汽車運(yùn)行的安全性和可靠性已引起相關(guān)部門的高度重視,因此對(duì)汽車承載構(gòu)件進(jìn)行可靠性疲勞設(shè)計(jì)和壽命分析是十分必要的。目前疲勞分析方法有時(shí)域法和頻域法。時(shí)域法是應(yīng)用峰值計(jì)數(shù)法、穿越計(jì)數(shù)法、雨流計(jì)數(shù)法等對(duì)實(shí)測(cè)構(gòu)件的隨機(jī)應(yīng)力進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù),編制隨機(jī)載荷譜,對(duì)構(gòu)件進(jìn)行疲勞壽命研究。這種方法試驗(yàn)工況要考慮車輛載荷、行駛速度以及路面條件,因此周期長(zhǎng)、費(fèi)用高[1]。近幾年,應(yīng)用功率譜密度的頻域方法發(fā)展很快,但對(duì)于寬帶隨機(jī)疲勞問題還沒有統(tǒng)一的方法[2-3]。

本文基于車輛動(dòng)力學(xué)理論,將小波分析和雨流計(jì)數(shù)法相結(jié)合,利用路面隨機(jī)激勵(lì)模型和車輛模型,得到懸架振動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)件隨機(jī)振動(dòng)時(shí)域響應(yīng),應(yīng)用小波分析方法對(duì)應(yīng)力時(shí)間歷程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,獲得不同頻段下應(yīng)力頻次的分布情況,然后利用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)各頻段應(yīng)力分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1、整車振動(dòng)系統(tǒng)模型

車輛是一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng),要建立一個(gè)完整的模型全面反映汽車的振動(dòng)特性是比較困難的,因此,需要具體研究問題對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。要反映四輪隨機(jī)輸入下整車振動(dòng)特性(座椅、車身垂直、車身俯仰、車身側(cè)傾、車橋)至少要建立八個(gè)自由度(DOF)模型,如圖 1所示。八個(gè)自由度分別為Zs為座椅垂直位移;Zb為車身質(zhì)心處垂直位移;Zp為車身仰俯角位移;Zr為車身側(cè)傾角位移;Zfl,Zrl,Zfr,Zrr分別為四個(gè)車輪(非簧載質(zhì)量)的垂直位移。

圖1 八自由度整車振動(dòng)模型

對(duì)圖1 的力學(xué)模型,用拉格朗日方程推導(dǎo)出系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為:[M]z..(t)+[C]z.(t)+[K]z(t)=[Q]q(t)(1)

2、四輪相關(guān)路面隨機(jī)輸入時(shí)域模型

車輛四輪隨機(jī)輸入模型要考慮前后車輪之間以及左右車輪之間的相關(guān)問題[4]。單輪路面隨機(jī)輸入 q1(t)(左前輪)可看成白噪聲的一階濾波輸出。右輪路面輸入q2(t)根據(jù)左右輪的相干函數(shù),并采用二階Pade近似計(jì)算得到左右輪的傳遞函數(shù),再轉(zhuǎn)換成 q1(t)和 q2(t)的狀態(tài)方程。左后輪路面輸入q3(t)=q1(t-τ),右后輪的路面輸入q4(t)=q2(t-τ),再寫成狀態(tài)方程。

綜合以上過程,可得如下四輪相關(guān)路面輸入狀態(tài)方程組

式中

式(3)即為四輪相關(guān)路面隨機(jī)輸入的狀態(tài)方程,當(dāng)已知路面不平度系數(shù)Sq(n0)、路面空間截止頻率n00=0.01(1/m)、車速v、輪距B、軸距L參數(shù),可以方便地求出四輪相關(guān)的路面隨機(jī)輸入。

3、小波分析方法

設(shè)時(shí)域信號(hào)f(t),則其連續(xù)小波變換為:

f(t)的小波逆變換為:

工程實(shí)際中一般是經(jīng)過實(shí)際采樣得到離散信號(hào),因此多采用離散小波變換形式。離散小波變換是將式(4)、(5)中a、b離散為 2-j、2-k的形式。即得到離散二進(jìn)小波變換和逆變換的表達(dá)式為:

4、改進(jìn)的四峰-谷值雨流計(jì)數(shù)法

雨流計(jì)數(shù)法簡(jiǎn)稱雨流法,又可稱為“塔頂法”,是由英國(guó)的Mat-suiski和Endo兩位工程師提出的一種計(jì)數(shù)方法。計(jì)數(shù)原理如圖2所示。計(jì)數(shù)規(guī)則為[6]:

(1)雨流在試驗(yàn)記錄的起點(diǎn)和依此在每一個(gè)峰值的內(nèi)邊開始,亦即從1,2,3…等尖點(diǎn)開始。

(2)雨流在流到峰值處(即屋檐)豎直下滴,一直流到對(duì)面有一個(gè)比開始時(shí)最大值(或最小值)更正的最大值(或更負(fù)的最小值)為止。

圖2 雨流計(jì)數(shù)法原理圖

(3)當(dāng)雨流遇到來(lái)自上面屋頂流下的雨時(shí),就停止流動(dòng),并構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)。

(4)根據(jù)雨滴流動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn),畫出各個(gè)循環(huán),將所有循環(huán)逐一取出來(lái),并記錄其峰谷值。

(5)每一個(gè)雨流的長(zhǎng)度可作為該循環(huán)的幅值。在判斷循環(huán)時(shí),通常有兩種判別表達(dá)式,第一種為:XI≤XI+2且XI+1≤XI+3;第二種為:XI≥XI +2且XI+1≥XI +3,如圖3所示:

圖3 循環(huán)判別模型

對(duì)于一般的應(yīng)力-時(shí)間歷程,由于雨流法進(jìn)行完計(jì)數(shù)后,不能對(duì)剩下的發(fā)散數(shù)據(jù)再進(jìn)行計(jì)數(shù),因此常使用全封閉式計(jì)數(shù)模型來(lái)修正原始數(shù)據(jù)。如圖4所示:

圖4 全封閉計(jì)數(shù)模型

在實(shí)際計(jì)數(shù)過程中,一般都采用四峰-谷值雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行計(jì)數(shù),但其也有一定的局限性。本文將采用一種改進(jìn)的四峰-谷值雨流計(jì)數(shù)法,基本思路是:首先,判斷峰谷總數(shù)的奇偶性,若為偶數(shù),則去掉最后一個(gè)波峰(波谷),使載荷時(shí)間歷程的首尾都是谷值(或都為峰值),并且使首尾都等于它們之中的最低谷值(或最高峰值)。這種改進(jìn)對(duì)原載荷時(shí)間歷程效果的影響可以忽略不計(jì),因?yàn)閷?duì)于一個(gè)較長(zhǎng)的紀(jì)錄樣本,最后幾個(gè)峰谷值對(duì)取舍無(wú)關(guān)緊要,更何況絕大多數(shù)的實(shí)測(cè)時(shí)間歷程其開始和結(jié)尾部分?jǐn)?shù)值都較小而且接近,所以上述改進(jìn)的影響可以不計(jì)。然后,將載荷時(shí)間歷程從最高處截?cái)啵孜蚕嘟又匦陆M成一個(gè)以最高峰開始且以最高峰結(jié)束的新歷程。最后,按照四峰-谷值雨流計(jì)數(shù)法,反復(fù)尋找如圖3所示的波形,將符合循環(huán)和半循環(huán)計(jì)數(shù)條件的應(yīng)力取出計(jì)算,其基本計(jì)數(shù)條件寫成數(shù)學(xué)式為:

計(jì)算完成后刪除所使用的波峰、波谷點(diǎn),這樣不會(huì)影響后續(xù)計(jì)算。在程序中定義變量記錄跟蹤載荷的波峰和波谷,并用變量記錄最大峰值和谷值。

5、汽車懸架彈簧隨機(jī)應(yīng)力分析

5.1懸架彈簧應(yīng)力時(shí)間歷程

以 C級(jí)路面為例,路面不平度系數(shù)取為Sq(n0)= 256×10-6m3,v=100km/h?;?Matlab軟件得到的汽車懸架動(dòng)撓度、動(dòng)應(yīng)力時(shí)間歷程如圖5和圖6所示:

圖5 懸架動(dòng)撓度時(shí)間歷程

圖6 懸架動(dòng)應(yīng)力時(shí)間歷程

5.2應(yīng)力時(shí)間歷程的小波分析

應(yīng)用Matlab中的Wavelet內(nèi)置序列的小波包分解與分解系數(shù)重構(gòu)相對(duì)應(yīng)的函數(shù)及其算法,編程實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架彈簧應(yīng)力時(shí)間歷程的小波分析。小波函數(shù)采用Daubechies緊支小波,信號(hào)的截?cái)囝l率為100Hz。對(duì)載荷時(shí)間歷程進(jìn)行五級(jí)小波分解,將信號(hào)分解到五個(gè)頻帶:0-3.125Hz,3.125-6.25Hz,6.25-12.5Hz,12.5-25Hz,25-50 Hz。圖7和圖8分別為C級(jí)路面下和B級(jí)路面下懸架彈簧應(yīng)力時(shí)間歷程小波分解圖。圖中第一個(gè)圖形為整車振動(dòng)下懸架彈簧應(yīng)力時(shí)間歷程的原始圖,d2-d5表示為疲勞載荷時(shí)間歷程第二級(jí)到第五級(jí)小波分解的細(xì)節(jié)分量圖,a5表示為第五級(jí)小波分解的近似分量圖。從圖中可以看出懸架彈簧的應(yīng)力峰值主要分布在五級(jí)小波的低通段即0-3.125Hz頻段上。

圖7 C級(jí)路面應(yīng)力時(shí)間歷程各級(jí)小波分解圖

圖8 B級(jí)路面應(yīng)力時(shí)間歷程各級(jí)小波分解圖

從圖中可以看出,S1~S5分頻率的描述分析了彈簧應(yīng)力隨時(shí)間的變化情況。從圖中可以看出,二級(jí)小波 12.5~25Hz頻段上應(yīng)力幅值較小,在三級(jí)小波 6.25~12.5Hz上,個(gè)別應(yīng)力幅值有所增加,而五級(jí)小波0~3.125 Hz頻段上應(yīng)力幅值最大,表明整車振動(dòng)下懸架彈簧應(yīng)力峰值主要集中在 0~3.125 Hz頻段上,即在此頻段上懸架彈簧的疲勞損傷最大。

5.3應(yīng)力時(shí)間歷程的雨流統(tǒng)計(jì)分析

為了驗(yàn)證小波分析結(jié)果,進(jìn)一步將小波分析前后結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。采用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)載荷時(shí)間歷程進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)規(guī)則如圖9所示。

圖9 懸架應(yīng)力載荷循環(huán)數(shù)提取計(jì)數(shù)規(guī)則

經(jīng)過雨流計(jì)數(shù)法后,將每個(gè)循環(huán)的峰值進(jìn)行整理,本文將全部峰值分為10組,得到C級(jí)路面載荷時(shí)間里歷程小波分解前和小波分解后峰值分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 C級(jí)路面應(yīng)力峰值統(tǒng)計(jì)表

表 1中 0-100Hz表示為小波分解前頻率,0-3.125Hz、3.125-6.25Hz、6.25-12.5Hz、12.5-25Hz、25-50Hz分別為小波分解后五個(gè)不同的頻段。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出,頻率在0-3.125Hz范圍內(nèi)的應(yīng)力分布規(guī)律與原始信號(hào)的分布規(guī)律相近,而頻率在 3.125-50Hz范圍內(nèi)的應(yīng)力幅值全部集中在-10-10MPa范圍內(nèi),幅值較小,對(duì)懸架彈簧的疲勞損傷影響也不大。

表1對(duì)應(yīng)的應(yīng)力峰值頻次直方圖如圖10、圖11所示,圖10為C級(jí)路面下懸架彈簧小波分解前應(yīng)力時(shí)間歷程應(yīng)力峰值分布圖,圖11則表示了C級(jí)路面下懸架彈簧小波分解后0-3.125頻段下懸架彈簧的應(yīng)力峰值分布圖。

圖10 C級(jí)路面下小波分解前應(yīng)力峰值分布

圖11 C級(jí)路面下小波分解后應(yīng)力峰值分布(0-3.125HZ)

同理可以得到 B級(jí)路面應(yīng)力峰值頻次直方圖,如圖 12 和13所示,圖12為B級(jí)路面下懸架彈簧小波分解前應(yīng)力時(shí)間歷程應(yīng)力峰值分布圖,圖13則表示了B級(jí)路面下懸架彈簧小波分解后0~3.125頻段下懸架彈簧的應(yīng)力峰值分布圖。

圖12 B級(jí)路面下小波分解前應(yīng)力峰值分布

圖13 B級(jí)路面下小波分解后應(yīng)力峰值分布(0-3.125HZ)

從圖10-圖13可以看出,0-3.125Hz的應(yīng)力峰值分布接近于瑞利分布,與小波分解前原始應(yīng)力峰值分布一致,反映出懸架彈簧在隨機(jī)載荷下的峰值分布情況,進(jìn)一步表明了懸架彈簧在0-3.125HZ頻段下最容易產(chǎn)生疲勞損傷。

6、結(jié)論

本文采用小波分析技術(shù)和雨流計(jì)數(shù)法對(duì)整車振動(dòng)下的懸架彈簧應(yīng)力時(shí)間歷程進(jìn)行分解,并對(duì)分解后的各級(jí)小波進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到懸架彈簧不同頻段下的應(yīng)力分布滿足正態(tài)分布,為下一步疲勞壽命預(yù)測(cè)中的疲勞累積損傷理論提供了一定的理論依據(jù)。

[1] 姚衛(wèi)星.結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2003.

[2] 袁毅.基于應(yīng)力功率譜的結(jié)構(gòu)振動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法研究[D].湖南大學(xué),2014.

[3] 王文濤,上官文斌,段小成,姚斌輝.基于線性疲勞累計(jì)損傷橡膠懸置疲勞壽命預(yù)測(cè)研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2012(10):56-65.

[4] 張立軍,何輝.車輛隨機(jī)振動(dòng)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2007.

[5] 王國(guó)林,胡蛟,錢金戈,王一琪.路面對(duì)汽車非平穩(wěn)激勵(lì)的時(shí)域仿真及小波分析[J].振動(dòng)與沖擊,2010,(07): 28-32,234.

[6] 李鵬.汽車試驗(yàn)道路強(qiáng)化系數(shù)的研究[D].吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.

The Stress Analysis of Suspension Spring under Automobile Random Road Motivation

Chen Shuang1, Liang Jingang2
(1.Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001; 2.LiaoShen industrial group in the 724 factory, Liaoning Shenyang 110045)

On the basis of eight degrees of freedom vehicle dynamic model and road surface time-domain model of random input with four-wheel-related, the random stress time course of suspension springs is derived. It is decomposed and reconstructed for many layers through discrete dyadic wavelet transform. And rain-flow counting method is used to analyze the stress process after decomposition. The distribution of the stress frequency is obtained. The research conclusion will offer new conference to fatigue damage analysis of automobile suspension spring.

Vehicle; Suspension spring; Random stress; Wavelet analysis; Rain-flow counting

U463.3

A

1671-7988(2015)12-53-05

陳雙,博士,講師,就職于遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,研究方向?yàn)檐囕v系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及控制。

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