车架结构载荷谱与分析(附件)
本文研究的目的是编制车架结构载荷谱，并通过分析载荷谱为汽车车架可靠性分析提供基础。在编制载荷谱过程中，首先对数据进行预处理，主要内容是先通过标准方差检测法和幅值门限检测法去除奇异值，然后进行PSD分析，最后使用低通滤波的方法滤波等预处理得到纯净载荷；然后使用雨流计数法对纯净载荷信号进行数据统计并编制成谱；接着使用假设检验法对载荷谱均值和幅值分布进行检验并确定分布规律；最后针对得到的雨流计数结果进行拓展分析。本文为研究汽车车架疲劳寿命提供了数据基础，为汽车车架结构的科学设计提供了保障。关键词 载荷谱编制，纯净载荷，假设检验法，ncode软件，雨流计数法
目录
1 前言 1
1.1课题研究的背景1
1.2课题研究意义2
2 载荷数据获取3
2.1车架载荷测点3
2.2应变测试4
2.3实验结果5
3 载荷处理及载荷时频域分析6
3.1时域与频域6
3.2车架结构载荷处理与分析6
4 载荷谱编制 12
4.1雨流计数法 12
4.2 ncode软件雨流分析原理 13
4.3载荷谱编制 14
4.4均值、幅值检验 18
4.5雨流计数统计分析 21
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1前言
1.1课题研究的背景
关于汽车载荷谱的研究，国内外都进行过较多探索，但大体发展过程较为相似。最先关于载荷谱的研巧起源于普通机械结构的疲劳耐久试验，根据汽车及其零部件耐久性、可靠性的发展需要，相关的疲劳耐久试验逐渐增多。根据实际试验加载和疲劳分析的需要，汽车整车及相关零部件载荷谱采集与编制技术也有了很大的提高。
相比于国内，国外对于疲劳载荷谱的编制方法研究要早许多。在上世纪三十年代末，德国科学家cassnerw提出＾种八级加载谱用来进行时间历程疲劳载荷试验，之后这种分级加载的试验载荷谱被广泛用于汽车传动系及其零部件的台架试验。随后在1945年，美国人M.A.迈因纳研究出了Miner定律，这一定律的提出标志着载荷谱编制方法的成功也意外着编制载荷谱的方法 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
逐步迈向成熟。随着计算机技术的发展，汽车制造及零部件试验中大量使用计算机来实现模拟加载。美国学者G.Singh在上世纪六十年末撰写的论著中对汽车载荷谱的采集过程和室内模拟方法有详尽的描述。由于硬件水平的局限，当时采用的是磁带机对数据进行采集，介绍了在汽车载荷谱采集过程中传感器的校准和控制等，最终将数据进斤数模转换借助计算机系统进行数据的处理。英国学者CJ.DoddsW对路面的粗髓度进行了研究，表面典型路面是均匀的、各向同性的二维高斯随机过程。其研巧成果对分析汽车传动系工作特性和动态载荷谱的采集方面具有参考价值。Prashant R PawarM等人与SKF汽车发展中屯、合作分别在中国和德国进行3000km用户道路试验数据采集和分析，最终发现二者在山路及髙速路段载荷差异较大。目前，普遍使用的编制方法有FALSTAFF标准方法、“疲劳计”法和常均法。1
我国关于汽车零部件载荷谱的研究是从上世纪八十年代开始的，随着国内对运输汽车的大量使用，关于疲劳耐久试验加载方面的研究逐渐深入。在当时，邵晨等人针对汽车系统中的动力传动系统做了许多研究，建立了力学模型并对系统的固有频率和振型进行了计算，分析了传动系统的扭振特性，为传动系统相关部件的选择和试验提供了参考。随着汽车试验技术的发展，传动系载荷谱在传动系的设计开发和试验方面的重要性受到了越来越多的关注。中国北方车辆研究所张洪等人在其所撰写的文献中介绍了传动装置载荷谱测试的具体方法，实现了综合传动装置在车状态下的载荷谱测试。该研究成果对汽车传动系载荷的采集方式具有较强的指导意义。学者王文阁等人通过大量的试验和统计，研究表明载货汽车前轴垂直动态载荷谱中的幅值、均值、最值随行驶车速和前轴静态载荷的变化规律，提出前轴垂直载荷最值主要受前轴静态载荷影响且与之成线性关系，为传动系载荷谱的深入分析提供了依据。关于汽车传动系载荷谱数据实车采集方法，一些重型车辆及军事车辆数据采集经验同样具有一定的借鉴价值。同济大学康强等人对用户到行驶载荷谱測量进行了研究，采集了较为丰富的载荷谱信号。以上这些对汽车传动系载荷谱的研究成果对后续载荷谱的获取提供了参考，为后续学者的继续研究奠定了基础2，3。
1.2课题研究意义
车架有汽车骨架之称，在行驶过程中汽车车架在受到自身和所载物及人的重量产生的力作用的同时，路面载荷和发动激励也会对其产生影响．在经过长期使用后车架容易出现疲劳破坏，这时汽车车架的稳定性和可靠性会对汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性等产生影响。举例来说：车架在遭受到损伤之后，不良驾驶状况会在车辆在行驶过程中频繁产生。如在汽车转向过程中，车辆的车轮发出杂音，在轮胎上出现磨损痕迹，以及在转向侧面时产生转向不稳乃至跑偏的问题，这些都是因为车架的弯曲度出现问题造成的。在进行现场勘察的过程中，当左前后轮与右两侧的前后轮都不符合直线检查原则就表示车架整体已经变形。而车身出现弯曲现象是因为车轮后侧与轮罩之间的间隙长短不一。
所以科学准确的载荷谱对于估算结构疲劳寿命是不可或缺的。目前，国内外在研究载荷谱时都需要进行大量的数据采集以及多次的数据分析。近年来，因为电子计算机迅速发展以及快速傅里叶变换算法和各种计数方法的发展应用，实现了“实时”分析随机信号和数据，而获取、编制载荷谱是科学完成疲劳分析和寿命评估的根本6，所以这些发展为编制随机疲劳载荷谱提供了重要的技术基础。根据文献资料显示，各行业获取载荷谱的方法通常有两种，一是实测，可信度高，但因为获取耗时长、消耗成本高、操作难度大，可行性不大。二是模拟仿真，实验耗时少效率高但缺乏可信度2，4。
因此，在汽车的生产制造过程中，汽车车架的疲劳耐久试验就成为不可缺少的个环节。最近这些年来，随着技术和专业理论的发展，国内外相关人员对这方面投入了大量精力一直不断地做了大量的试验和研究。实验研究表明汽车零部件承受载荷的确定是实验顺利进行的首要因素。为了实现实验的准确性需要采集测试部件在实际工况下载荷一时间历程，并以此为基础进行工作载荷谱编制工作。
目录
1 前言 1
1.1课题研究的背景1
1.2课题研究意义2
2 载荷数据获取3
2.1车架载荷测点3
2.2应变测试4
2.3实验结果5
3 载荷处理及载荷时频域分析6
3.1时域与频域6
3.2车架结构载荷处理与分析6
4 载荷谱编制 12
4.1雨流计数法 12
4.2 ncode软件雨流分析原理 13
4.3载荷谱编制 14
4.4均值、幅值检验 18
4.5雨流计数统计分析 21
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1前言
1.1课题研究的背景
关于汽车载荷谱的研究，国内外都进行过较多探索，但大体发展过程较为相似。最先关于载荷谱的研巧起源于普通机械结构的疲劳耐久试验，根据汽车及其零部件耐久性、可靠性的发展需要，相关的疲劳耐久试验逐渐增多。根据实际试验加载和疲劳分析的需要，汽车整车及相关零部件载荷谱采集与编制技术也有了很大的提高。
相比于国内，国外对于疲劳载荷谱的编制方法研究要早许多。在上世纪三十年代末，德国科学家cassnerw提出＾种八级加载谱用来进行时间历程疲劳载荷试验，之后这种分级加载的试验载荷谱被广泛用于汽车传动系及其零部件的台架试验。随后在1945年，美国人M.A.迈因纳研究出了Miner定律，这一定律的提出标志着载荷谱编制方法的成功也意外着编制载荷谱的方法 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
逐步迈向成熟。随着计算机技术的发展，汽车制造及零部件试验中大量使用计算机来实现模拟加载。美国学者G.Singh在上世纪六十年末撰写的论著中对汽车载荷谱的采集过程和室内模拟方法有详尽的描述。由于硬件水平的局限，当时采用的是磁带机对数据进行采集，介绍了在汽车载荷谱采集过程中传感器的校准和控制等，最终将数据进斤数模转换借助计算机系统进行数据的处理。英国学者CJ.DoddsW对路面的粗髓度进行了研究，表面典型路面是均匀的、各向同性的二维高斯随机过程。其研巧成果对分析汽车传动系工作特性和动态载荷谱的采集方面具有参考价值。Prashant R PawarM等人与SKF汽车发展中屯、合作分别在中国和德国进行3000km用户道路试验数据采集和分析，最终发现二者在山路及髙速路段载荷差异较大。目前，普遍使用的编制方法有FALSTAFF标准方法、“疲劳计”法和常均法。1
我国关于汽车零部件载荷谱的研究是从上世纪八十年代开始的，随着国内对运输汽车的大量使用，关于疲劳耐久试验加载方面的研究逐渐深入。在当时，邵晨等人针对汽车系统中的动力传动系统做了许多研究，建立了力学模型并对系统的固有频率和振型进行了计算，分析了传动系统的扭振特性，为传动系统相关部件的选择和试验提供了参考。随着汽车试验技术的发展，传动系载荷谱在传动系的设计开发和试验方面的重要性受到了越来越多的关注。中国北方车辆研究所张洪等人在其所撰写的文献中介绍了传动装置载荷谱测试的具体方法，实现了综合传动装置在车状态下的载荷谱测试。该研究成果对汽车传动系载荷的采集方式具有较强的指导意义。学者王文阁等人通过大量的试验和统计，研究表明载货汽车前轴垂直动态载荷谱中的幅值、均值、最值随行驶车速和前轴静态载荷的变化规律，提出前轴垂直载荷最值主要受前轴静态载荷影响且与之成线性关系，为传动系载荷谱的深入分析提供了依据。关于汽车传动系载荷谱数据实车采集方法，一些重型车辆及军事车辆数据采集经验同样具有一定的借鉴价值。同济大学康强等人对用户到行驶载荷谱測量进行了研究，采集了较为丰富的载荷谱信号。以上这些对汽车传动系载荷谱的研究成果对后续载荷谱的获取提供了参考，为后续学者的继续研究奠定了基础2，3。
1.2课题研究意义
车架有汽车骨架之称，在行驶过程中汽车车架在受到自身和所载物及人的重量产生的力作用的同时，路面载荷和发动激励也会对其产生影响．在经过长期使用后车架容易出现疲劳破坏，这时汽车车架的稳定性和可靠性会对汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性等产生影响。举例来说：车架在遭受到损伤之后，不良驾驶状况会在车辆在行驶过程中频繁产生。如在汽车转向过程中，车辆的车轮发出杂音，在轮胎上出现磨损痕迹，以及在转向侧面时产生转向不稳乃至跑偏的问题，这些都是因为车架的弯曲度出现问题造成的。在进行现场勘察的过程中，当左前后轮与右两侧的前后轮都不符合直线检查原则就表示车架整体已经变形。而车身出现弯曲现象是因为车轮后侧与轮罩之间的间隙长短不一。
所以科学准确的载荷谱对于估算结构疲劳寿命是不可或缺的。目前，国内外在研究载荷谱时都需要进行大量的数据采集以及多次的数据分析。近年来，因为电子计算机迅速发展以及快速傅里叶变换算法和各种计数方法的发展应用，实现了“实时”分析随机信号和数据，而获取、编制载荷谱是科学完成疲劳分析和寿命评估的根本6，所以这些发展为编制随机疲劳载荷谱提供了重要的技术基础。根据文献资料显示，各行业获取载荷谱的方法通常有两种，一是实测，可信度高，但因为获取耗时长、消耗成本高、操作难度大，可行性不大。二是模拟仿真，实验耗时少效率高但缺乏可信度2，4。
因此，在汽车的生产制造过程中，汽车车架的疲劳耐久试验就成为不可缺少的个环节。最近这些年来，随着技术和专业理论的发展，国内外相关人员对这方面投入了大量精力一直不断地做了大量的试验和研究。实验研究表明汽车零部件承受载荷的确定是实验顺利进行的首要因素。为了实现实验的准确性需要采集测试部件在实际工况下载荷一时间历程，并以此为基础进行工作载荷谱编制工作。
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