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 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。