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車輪雙軸疲勞損傷模型及試驗(yàn)加速
5.1.4.1 車輪在實(shí)際工況中的動力學(xué)響應(yīng)分析
本節(jié)首先通過模態(tài)試驗(yàn)實(shí)測給出車輪結(jié)構(gòu)的一階固有頻率，然后通過道路載荷數(shù)據(jù)采集獲得實(shí)際使用工況下車輪所承受輪力時(shí)域信號的充足樣本，對其進(jìn)行頻譜分析，然后比較輪力的頻譜特征與車輪結(jié)構(gòu)的一階固有頻率，對于后續(xù)的分析中是需要采用靜態(tài)疊加還是模態(tài)疊加的方法進(jìn)行判斷和決策。
對車輪開展錘擊法模態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)采用的硬件是Simcenter SCADAS模態(tài)測試系統(tǒng)，分析軟件為Test.lab軟件，試驗(yàn)過程中車輪的懸吊方式如圖5-13(a)所示，試驗(yàn)加速度傳感器的分布方式如圖5-13(b)所示：在輪圈周向布置三圈，每一圈10個(gè)傳感器；在輪心位置布置5個(gè)傳感器，共35個(gè)傳感器。在輪圈上3個(gè)不同的激勵(lì)點(diǎn)依次敲擊獲得傳遞函數(shù)，敲擊方向確保車輪的徑向、側(cè)向和切向都有力的分量，每一個(gè)位置多次敲擊取平均。
(a) 車輪結(jié)構(gòu)錘擊法自由模態(tài)試驗(yàn)懸吊方案
(b) 傳感器布點(diǎn)方案
圖5-13 車輪結(jié)構(gòu)自由模態(tài)試驗(yàn)
采用PloyMax算法進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識別，獲得的穩(wěn)態(tài)圖如圖5-14所示，從而最終確定車輪結(jié)構(gòu)的一階固有頻率約為275Hz。
(a) 車輪自由模態(tài)穩(wěn)態(tài)圖
(b) 一階共振峰局部放大
圖5-14 車輪結(jié)構(gòu)自由模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)態(tài)圖
在采用同款車輪的車輛上安裝六分力傳感器，在公共路面上實(shí)車采集了約5000km里程的載荷樣本。將車輛行駛時(shí)只有駕駛員1人定義為空載狀態(tài)；駕駛員加1至2名乘客，定義為半載狀態(tài)；駕駛員加3至4名乘客定義為滿載狀態(tài)。在所獲取的約5000km樣本數(shù)據(jù)的過程中涵蓋了車輛的三種負(fù)載狀態(tài)。對于所獲取的左前輪和左后輪輪力的約5000km垂向力分量以及側(cè)向力分量進(jìn)行頻譜分析，獲得的自功率譜密度（PSD）結(jié)果如圖5-15所示，分析中設(shè)置50％的重疊，多次取平均，頻率分辨率為0.5Hz。
從圖5-15所示的PSD結(jié)果中可以明顯看到，由于輪胎橡膠充氣結(jié)構(gòu)起到了良好的隔振作用，無論是前輪還是后輪，車輪結(jié)構(gòu)所承受的垂向力和側(cè)向力分量頻譜結(jié)構(gòu)的主能量成份集中于50Hz（甚至20Hz）以內(nèi)，在100Hz以后自功率譜密度已經(jīng)極大的衰減了（從峰值衰減了4個(gè)數(shù)量級以上），這遠(yuǎn)低于車輪結(jié)構(gòu)一階固有頻率（275Hz）的一半。因此，在此后的車輪疲勞損傷分析和損傷相似性的構(gòu)建過程中，將在靜態(tài)疊加的范疇內(nèi)進(jìn)一步展開分析和討論，而不再考慮車輪的動力學(xué)響應(yīng)。
圖5-15 車輪結(jié)構(gòu)在真實(shí)工況中所承受輪力的自功率譜密度11
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