车架载荷谱测试与数据分析(附件)
本文为获取某5坐商用车的车架载荷谱，提出了一种车架载荷谱测试方案，并对测试数据进行了处理分析。 通过对车架测试点的选取、测试设备的选择（包括数据采集设备的选取和应变片传感器的选取）与安装、测试工况及测试内容与测试方法的设计，制定出一套较为完整的车架载荷测试方案；利用ANSYS Ncode Designlife 14.5软件中的Butterworth滤波器和选用Spike Detection模块中的幅值门限法对测试数据进行去除零漂和奇异值处理，得到了较为纯净的载荷数据，为载荷谱的编制做好预处理工作。关键词 载荷谱，测试，数据处理
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题研究内容 2
2 车架载荷测试方案设计 2
2.1 测试设备的选择 2
2.2 测试点的选取 5
2.3 测试设备的安装 6
2.4 测试工况的确定 7
2.5 测试内容与实现方法 7
3 信号处理及分析 8
3.1 数据处理软件介绍 8
3.2 功率谱分析 9
3.3 去除零漂 10
3.4 去除奇异值 12
3.5 小结 14
结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 引言
课题研究背景
伴随着二战时德国的一次空难，研究人员便开始了对于载荷谱的研究。随着时间推移，科学技术的不断迈进，载荷谱技术的研究水平逐渐深入，从Gassner于20世纪三十年代中期提出载荷谱的概念到四十年代中期Miner提出疲劳线性积累损伤理论之间仅仅相隔十年[1]。这两大理论在之后的载荷谱研究中得到了充分的应用。由于各行各业研究的需要，研究人员开始将载荷谱的研究渗入到汽车等其他机械研究领域。随着电子科技技术的快速崛起，载荷谱研究和应用也获得了快速发展。19世纪50年代初我国跟随发达国家的步伐开始了载荷谱的攻关，在农机和工程机械载荷谱的制取及应用方面，国内各著名高校及研究所等单位都做了大量的工作，积累了一定的经验， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
编著了许多与载荷谱测试技术、载荷谱分析技术、载荷谱编制技术相关的书籍。在产品品质控制要求越来越严格的今天，对产品疲劳耐久性的研究变得越来越重要，为了较快的获得产品的预期寿命，各生产厂家和研究所便使用测取其产品的载荷谱估算其预期寿命方法[2]。如今越来越多的仿真模拟软件的出现使得疲劳耐久试验的成本大大降低。将产品的3D模型导入软件通过仿真模拟软件模拟出产品的使用工况，从而获得产品所受的载荷状况，再通过数据分析获得产品的疲劳寿命。与模拟仿真相对的就是实际测试，本文所选用的便是实际测试的方法。
1.2 国内外研究现状
通过对国外研究历史的了解可以发现载荷谱最早是应用在飞机上的。如今载荷谱技术已经广泛地被用于材料、连接和结构设计研究的是其中最经典的的TWIST谱和GAUSSIAN谱[3]。在汽车行业中，CARLOS系列载荷谱一直在将载荷谱用于更多新的领域，起初CARLOS系列载荷谱应用于编制前悬挂的加载谱，随后研究人员开发了用于传动系设计的载荷时间历程谱。在德国，一种专门为欧洲卡车设计的加速实验谱“Eurocyccle”被LBF开发出来。如今，被用来分析载荷谱的方法可以分为两类。第一类，为记数法，记数法是从载荷时间历程中确定载荷量值及其出现频次的方法。第二类，是功率谱法，功率谱法是通过傅里叶分析统计处理技术，分析其结果与结构的动态响应有直接关系。
许多国外科研院所在非公路载荷谱测试方面做了很多贡献。国外学者Pytka和 ZEBROWSKI分别提出了如何在非公路环境下做载荷谱测试和拖拉机载荷谱测试。由于测试仪器和计算机技术的限制，80年代我国对工程机械以及拖拉机载荷谱测试的研究无法实现飞跃式发展，所测数据量少且无法提高测试精度[4]。伴着技术的飞跃，如今的技术水平已经可以支承当时的试验方案。近些年，随着国内在高速铁路、国防装备方面的不断深入研究，对于飞机、装甲车等载荷谱测试的研究也提高了一定层次。虽然在国内已经建立了在飞机、航天飞行器等方面的相关标准，但是国内很多其他工程领域载荷谱的测试技术和手段仍然进展迟缓。
1.3 本课题研究内容
本课题通过查阅汽车工程测试手册等资料，针对5坐商用车的结构特点及其工作要求，制定了相应的载荷谱测试方案，并对测试数据进行了分析处理。具体测试及数据处理工作如下：
（1）简述现如今载荷谱测试与数据分析的应用技术。
（2）提出车架载荷谱编制的可行方案，包括说明测试仪器的安装和定位。
（3）测试设备及车架测试点的选取；
①选择测试设备eDAQ模块化数据采集系统等以及应变片式传感器；
②根据测试点的选取安装定位传感器并接通测试系统；
③测试工况、测试内容及测试方法的确定。
（4）获取信号数据，通过使用ANSYS Ncode14.5软件对数据进行预处理和简化，并且对简化后的数据进行分析计算得出结论。
①对信号进行功率谱分析、滤波、奇异点剔除；
2 车架载荷测试方案设计
2.1 测试设备的选择
2.1.1 数据采集设备
本次测试使用由SoMat公司与Ncode公司联合开发的eDAQ数据测试系统（如图1）。eDAQ测试设备可以实现现场数据大容量、高采样频率采集，其ADC转换为16bit，系统精度≤1％，采样频率可达100kHz[5]。同时，eDAQ系统具有良好的环境适应能力，能够在恶劣天气环境下进行测试和分析，适合车辆实际道路测试的现场数据 采集和试验场长期疲劳性试验的数据采集。
图1 eDAQ模块化数据采集系统
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题研究内容 2
2 车架载荷测试方案设计 2
2.1 测试设备的选择 2
2.2 测试点的选取 5
2.3 测试设备的安装 6
2.4 测试工况的确定 7
2.5 测试内容与实现方法 7
3 信号处理及分析 8
3.1 数据处理软件介绍 8
3.2 功率谱分析 9
3.3 去除零漂 10
3.4 去除奇异值 12
3.5 小结 14
结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 引言
课题研究背景
伴随着二战时德国的一次空难，研究人员便开始了对于载荷谱的研究。随着时间推移，科学技术的不断迈进，载荷谱技术的研究水平逐渐深入，从Gassner于20世纪三十年代中期提出载荷谱的概念到四十年代中期Miner提出疲劳线性积累损伤理论之间仅仅相隔十年[1]。这两大理论在之后的载荷谱研究中得到了充分的应用。由于各行各业研究的需要，研究人员开始将载荷谱的研究渗入到汽车等其他机械研究领域。随着电子科技技术的快速崛起，载荷谱研究和应用也获得了快速发展。19世纪50年代初我国跟随发达国家的步伐开始了载荷谱的攻关，在农机和工程机械载荷谱的制取及应用方面，国内各著名高校及研究所等单位都做了大量的工作，积累了一定的经验， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
编著了许多与载荷谱测试技术、载荷谱分析技术、载荷谱编制技术相关的书籍。在产品品质控制要求越来越严格的今天，对产品疲劳耐久性的研究变得越来越重要，为了较快的获得产品的预期寿命，各生产厂家和研究所便使用测取其产品的载荷谱估算其预期寿命方法[2]。如今越来越多的仿真模拟软件的出现使得疲劳耐久试验的成本大大降低。将产品的3D模型导入软件通过仿真模拟软件模拟出产品的使用工况，从而获得产品所受的载荷状况，再通过数据分析获得产品的疲劳寿命。与模拟仿真相对的就是实际测试，本文所选用的便是实际测试的方法。
1.2 国内外研究现状
通过对国外研究历史的了解可以发现载荷谱最早是应用在飞机上的。如今载荷谱技术已经广泛地被用于材料、连接和结构设计研究的是其中最经典的的TWIST谱和GAUSSIAN谱[3]。在汽车行业中，CARLOS系列载荷谱一直在将载荷谱用于更多新的领域，起初CARLOS系列载荷谱应用于编制前悬挂的加载谱，随后研究人员开发了用于传动系设计的载荷时间历程谱。在德国，一种专门为欧洲卡车设计的加速实验谱“Eurocyccle”被LBF开发出来。如今，被用来分析载荷谱的方法可以分为两类。第一类，为记数法，记数法是从载荷时间历程中确定载荷量值及其出现频次的方法。第二类，是功率谱法，功率谱法是通过傅里叶分析统计处理技术，分析其结果与结构的动态响应有直接关系。
许多国外科研院所在非公路载荷谱测试方面做了很多贡献。国外学者Pytka和 ZEBROWSKI分别提出了如何在非公路环境下做载荷谱测试和拖拉机载荷谱测试。由于测试仪器和计算机技术的限制，80年代我国对工程机械以及拖拉机载荷谱测试的研究无法实现飞跃式发展，所测数据量少且无法提高测试精度[4]。伴着技术的飞跃，如今的技术水平已经可以支承当时的试验方案。近些年，随着国内在高速铁路、国防装备方面的不断深入研究，对于飞机、装甲车等载荷谱测试的研究也提高了一定层次。虽然在国内已经建立了在飞机、航天飞行器等方面的相关标准，但是国内很多其他工程领域载荷谱的测试技术和手段仍然进展迟缓。
1.3 本课题研究内容
本课题通过查阅汽车工程测试手册等资料，针对5坐商用车的结构特点及其工作要求，制定了相应的载荷谱测试方案，并对测试数据进行了分析处理。具体测试及数据处理工作如下：
（1）简述现如今载荷谱测试与数据分析的应用技术。
（2）提出车架载荷谱编制的可行方案，包括说明测试仪器的安装和定位。
（3）测试设备及车架测试点的选取；
①选择测试设备eDAQ模块化数据采集系统等以及应变片式传感器；
②根据测试点的选取安装定位传感器并接通测试系统；
③测试工况、测试内容及测试方法的确定。
（4）获取信号数据，通过使用ANSYS Ncode14.5软件对数据进行预处理和简化，并且对简化后的数据进行分析计算得出结论。
①对信号进行功率谱分析、滤波、奇异点剔除；
2 车架载荷测试方案设计
2.1 测试设备的选择
2.1.1 数据采集设备
本次测试使用由SoMat公司与Ncode公司联合开发的eDAQ数据测试系统（如图1）。eDAQ测试设备可以实现现场数据大容量、高采样频率采集，其ADC转换为16bit，系统精度≤1％，采样频率可达100kHz[5]。同时，eDAQ系统具有良好的环境适应能力，能够在恶劣天气环境下进行测试和分析，适合车辆实际道路测试的现场数据 采集和试验场长期疲劳性试验的数据采集。
图1 eDAQ模块化数据采集系统
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