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摘要：本文介绍了LMS Tecware 和FALANCS LifeStat 软件在零部件（以轿车支承座为例）疲劳耐久性试验评价中的应用。提出了制定试验规范的一般方法，可供在其它零部件疲劳试验评价中参考。
关键词：LMS Tecware FALANCS LifeStat 疲劳耐久性试验评价 试验规范
1 导言
某轿车支承座是后桥和车身间的一个冲压连接件（见图1），一直采用进口材料生产。为了提高国产化率，降低成本，供应商拟采用国产材料生产，这就需要进行合理的疲劳耐久性试验评价。由于没有针对该车型支承座的试验规范，需要根据实际使用载荷情况，制定试验规范，作为试验评价的依据。LMS Tecware和FALANCS LifeStat 可以协助完成疲劳耐久性试验评价。 （图片）
图1 支承座位置示意图 2 载荷的获得
2.1 贴片
支承座在汽车行驶过程中，承受来自路面经后桥系统传递给车身的力，主要的力载荷为沿着行驶方向的纵向力和侧向力。从支承座的结构特点来说，冲压转折处是其薄弱点。考虑到支承座的安装方式，以及贴应变片的可行性和方便性，选择在靠近冲压转折处的侧面布置一个应变花（见图2）。（图片）
图2 应变花位置图 2.2 载荷数据测量和分析[1]
载荷数据采集在上海大众试车场进行。14400km 强化道路试验是支承座50%失效概率的疲劳耐久性试验要求（离散度Slog 取0.2）。在这里做了三次各16.8 公里的载荷数据测量，从测量结果发现，应变花06A 和06B 的应变信号都比较小，在50 微应变以下。06C 应变信号在150 微应变左右。取06C 应变信号进行分析。利用Tecware 软件进行数据处理，例如在修正温漂和偏移的时候，要注意选择合适的参数，防止破坏原来信号包含的信息。如果利用软件默认的参数block length=4096，会导致信号的不正常修正，特别是弯道信号。将block length 值放大，如取40000，可以获得较理想的修正效果。Drift/Offset 修正效果见图3。（图片）
图3 Drift/Offset 修正效果 结合测量轮信号，分析06C 应变信号和测量轮6 分力的相关性，图4 为06C 和测量轮6 分力的Tecware相关性分析。从图示可知，06C 信号和侧向力Fy 相关性比其他力显著。选择侧向力方向作为加载方式进行疲劳耐久性试验。（图片）
图4 06C 和测量轮6 分力的相关分析 3 疲劳耐久性试验评价
3.1 设计试验方案
为了完成轿车支承座的试验，需要设计合理的试验方案。从加载方式上分析，运用比较多的是液压缸加载。液压缸加载由于系统的限制，试验频率比较低，试验周期较长，试验费用也比较高。上海大众很早就引进了Schenck 的共振式试验台，利用共振式试验台做轿车支承座试验，可以达到很高的试验频率，试验周期大大降低。共振式试验台的试验费用也相对较低。在这里，我们采用了Schenck 共振式试验台来完成这个试验。
在固定方式上，充分考虑实际装配情况，利用批量状态的螺栓按照实际装车扭矩将支承座固定在夹具上。支承座中间实际装配的是橡胶轴承，根据橡胶轴承和支承座的实际配合关系，设计加工一个中空的杆件代替橡胶轴承。在试验中利用了一个长为220mm 的细长杆（中间直径7mm）。这个细长杆是有弹簧钢制成，用很好的强度和弹性。即减少了力传感器上方的惯性力的影响，也不会限制支承座的变形，增加和实际工况不一致的过多约束。试验台如图5 所示。（图片）
图5 试验台架 3.2 试验结果评价[2]
利用Schenck 共振式试验台，通过初步确定两个载荷，对支承座进行单级加载试验。为了对比，对国产材料和进口材料生产的两种支承座都进行了疲劳试验。根据试验结果可以确定支承座的承载能力状况，即生成支承座的S-N 曲线。为求得S-N 曲线需要用到回归分析。对载荷和试验次数同时取log 对数，即在双对数坐标下，试验次数和载荷成线性关系，可以用一元一次回归方程进行统计分析。在这里试验次数是因变量，载荷是自变量。利用LifeStat 软件可以完成试验数据的统计分析，并生成SN-Curve。分析结果见图6。从实际试验结果分析可知，国产化材料试件和CKD 材料试件试验结果很接近，并且在目标S-N 曲线的右上方。国产化材料试件满足疲劳强度要求，可以替代CKD 材料。（图片）
图 6 LifeStat 分析示意图 3.3 试验规范推导
采用动态标定方式，设定不同的试验载荷幅值，测量应变反馈。根据应变和加载力的系数关系，可以将实际采集到的应变路谱信号转化为加载力信号。选择3 次测量结果的中间值，以这16.8 公里信号为基础进行外推。Tecware 有载荷外推的方法，在这里是以简单的重复为基础（如：14400/16.8），再乘以各种安全系数，从而获得16.8 公里加载力信号的重复次数。这些安全系数包括：和道路测量次数相关的安全系数，和试验的试件个数相关的安全系数，和载荷的多轴性相关的安全系数，过载安全系数，环境腐蚀安全系数和温度安全系数等等。利用LifeStat 计算虚拟损伤时，利用上面获得的国产化材料支承座S-N 曲线（下面简称为“初始S-N 曲线”），获得16.8 公里加载力信号的虚拟损伤值。计算采用程对计数法(Range pair)和Miner’s Rule elementary。如果该虚拟损伤值乘以上面获得的重复次数，结果小于1，就需要将初始S-N 曲线保持K 值不变向左边平移，直至损伤值为1，获得的新S-N 曲线就是50%失效概率的目标S-N曲线。从目标S-N 曲线上选取两个载荷，一个载荷的试验次数在1 万到4 万之间，另一个载荷的试验次数在10 万到50 万间为宜。再加上离散度和S-N 曲线斜率要求，就可以作为以后试验的规范。具体方法示意图参见图6。
4 总结
利用Tecware 和LifeStat 软件工具，完成了轿车支承座疲劳耐久性试验评价，可以将此方法推广到其它零部件的评价中去。具体的操作过程中，还有一些环节可以进一步完善，比如道路谱外推时的安全系数如何合理设置，这是以后需要研究的内容。
参考文献
[1] LMS Tecware 使用手册。
[2] LMS FALANCS LifeStat 使用手册。
5/15/2011
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