振动疲劳试验与CAE分析(动态播放).pdf

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1、振动疲劳试验与CAE分析•车身研究院试验检测所•毛招凤•2014.8.28CONTENTS01振动疲劳概述02试验场数据采集与分析03台架振动加载谱合成04台架振动试验与寿命计算05动态响应与疲劳仿真分析11振动疲劳概述2楔子C-9A驾驶室在挖掘岩石、破碎锤冲击等恶劣工况下出现开裂什么原因引起？怎么故障再现？如何结构优化？如何快速验证？31.1应力疲劳与振动疲劳对比类型疲劳试验寿命计算适用范围应用举例应力疲劳通过迭代技术，S-N法结构件受力状态明确，激励铲斗(时域再现)对非平稳随机过E-N法载荷便于获取，需要用力、挖机两臂程的精确描述位移信号加载轴耦合道路模拟振动疲劳对平稳随机过程Dirlik

2、模型结构复杂，受力情况复杂，驾驶室(频域再现)的统计学模拟Lalanne难于获得准确的受力载荷，油箱模型载荷来源于海浪、风力、轮水箱胎等随机激励，需要大幅度散热器支架加速试验或加速计算，可以座椅用加速度PSD加载电气安装支架41.1应力疲劳与振动疲劳对比计算速度51.1应力疲劳与振动疲劳对比计算流程61.2振动疲劳理论发展过程PSD循环计数JSBendat,19641.Rayleigh分布，仅适用于TDirlik,1985窄带信号2.基于Dirlik、Rayleigh、Gaussian分布，适用于宽带信号CLalanne,19923.利用Rayleigh、Gaussian分布按一定的权重比例组

3、合，适用于宽带信号71.3振动疲劳问题研究流程样机CAD模型数据采集有限元模型数据处理PSD激励频率响应分析合成加载谱S-N曲线随机疲劳分析台架振动试验疲劳寿命计算结构优化建议82试验场数据采集与分析92.1振动数据采集102.2振动数据分析◆465挖机在高速行走与挖怠速Z掘工况时，发动机转速在1900RPM附近，依此计算发动机的各阶频率。◆驾驶室安装平台Z方向在32Hz、95Hz、185Hz、295Hz、601Hz、898Hz、高速Z1220Hz分别为发动机的1阶、3阶、6阶、9阶及主泵的18阶、27阶、36阶激励频率；◆高速行走与挖掘工况下，8Hz、13Hz的响应频率应为来自地面激励；挖掘

4、Z◆465高速行走与挖掘工况的加速度RMS大致相当，约为怠速工况加速度RMS的4～5倍。112.2振动数据分析怠速X◆减振器对100Hz以上的振动具有较好的隔振效果。◆由于驾驶室的主要怠速Y整体模态在100Hz以下，且5Hz以下振动台驱动困难。◆建议驾驶室振动试验与CAE分析的频率怠速Z范围设置为5-100Hz，既能覆盖绝大部分损伤又能节省计算资源——减振前——减振后123台架振动加载谱合成133.1载荷谱组合时域叠加143.2大挖综合工况综合工况加载谱合成方案序号原始数据原始时长权重延长倍数1怠速运行15s5%1200002低速行走35s5%514303高速行走30s10%1200004挖掘

5、泥土65s10%553805挖掘碎石50s40%2880006挖掘矿山60s30%180000备注：设计寿命以10000h计,延长倍数=36000000×权重÷原始时长153.3加载谱合成流程根据寿命等效原则将4min15s的振SRS动外推到10000hFDS163.3加载谱合成流程基于累积寿命等效原则173.3台架振动加载谱X频率（Hz）PSD(g2/Hz)频率（Hz）PSD30.00160300.0021350.00567450.0010170.00954550.00192180.000841000.00192183.3台架振动加载谱Y频率（Hz）PSD(g2/Hz)频率（Hz）PSD30

6、.00092200.0030450.00556700.0030490.027441000.00626193.3台架振动加载谱Z频率（Hz）PSD(g2/Hz)频率（Hz）PSD30.00025300.0106850.00452380.0189860.01281440.01305110.02799880.08158150.032261000.07755204台架振动试验与寿命计算214.1C-9B驾驶室结构C-9A型材骨架C-9B+=224.2台架振动试验C-9B驾驶室234.3局部位置应力分析标准谱1.5倍强度，X方向7Hz16Hz500Hz50Hz5Hz500Hz再次映证5-100Hz的振动

7、是造成局部开裂的主要原因，“B台架振动柱上转角”在7-8Hz附近出现应力峰值，与路面激励8Hz重叠。7Hz8Hz100Hz100Hz综合工况加载谱，X方向244.4应力疲劳寿命计算流程254.5局部位置寿命计算标准谱1.5倍强度，X方向标准谱1.5倍强度振动数据时长5min，疲劳Max510.97寿命计算累计7.1h，实际Min-841.22振动2.5h出现开裂Range1352.19Damage