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车轮双轴疲劳损伤模型及试验加速

2024-10-04 11:33:46·  来源：汽车测试网  作者：李旭东 田程  
　
在本节的讨论中，选择了一款常见和有代表性的乘用车车轮（材料为ZL101A-1铝合金），聚焦载荷方面对于车轮结构高周疲劳损伤的影响，全面分析、论证在车轮疲劳试验中为确保车轮结构高周疲劳损伤的相似性，载荷方面应该满足的条件，并在此基础上提出车轮疲劳试验载荷谱的编制方法，包括试验加速方法。

5.1.4.1 车轮在实际工况中的动力学响应分析

本节首先通过模态试验实测给出车轮结构的一阶固有频率，然后通过道路载荷数据采集获得实际使用工况下车轮所承受轮力时域信号的充足样本，对其进行频谱分析，然后比较轮力的频谱特征与车轮结构的一阶固有频率，对于后续的分析中是需要采用静态叠加还是模态叠加的方法进行判断和决策。

对车轮开展锤击法模态试验，试验采用的硬件是Simcenter SCADAS模态测试系统，分析软件为Test.lab软件，试验过程中车轮的悬吊方式如图5-13(a)所示，试验加速度传感器的分布方式如图5-13(b)所示：在轮圈周向布置三圈，每一圈10个传感器；在轮心位置布置5个传感器，共35个传感器。在轮圈上3个不同的激励点依次敲击获得传递函数，敲击方向确保车轮的径向、侧向和切向都有力的分量，每一个位置多次敲击取平均。


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(a) 车轮结构锤击法自由模态试验悬吊方案

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(b) 传感器布点方案

图5-13 车轮结构自由模态试验

    采用PloyMax算法进行模态参数识别，获得的稳态图如图5-14所示，从而最终确定车轮结构的一阶固有频率约为275Hz。

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(a) 车轮自由模态稳态图

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(b) 一阶共振峰局部放大

图5-14 车轮结构自由模态试验结果稳态图

在采用同款车轮的车辆上安装六分力传感器，在公共路面上实车采集了约5000km里程的载荷样本。将车辆行驶时只有驾驶员1人定义为空载状态；驾驶员加1至2名乘客，定义为半载状态；驾驶员加3至4名乘客定义为满载状态。在所获取的约5000km样本数据的过程中涵盖了车辆的三种负载状态。对于所获取的左前轮和左后轮轮力的约5000km垂向力分量以及侧向力分量进行频谱分析，获得的自功率谱密度（PSD）结果如图5-15所示，分析中设置50％的重叠，多次取平均，频率分辨率为0.5Hz。

从图5-15所示的PSD结果中可以明显看到，由于轮胎橡胶充气结构起到了良好的隔振作用，无论是前轮还是后轮，车轮结构所承受的垂向力和侧向力分量频谱结构的主能量成份集中于50Hz（甚至20Hz）以内，在100Hz以后自功率谱密度已经极大的衰减了（从峰值衰减了4个数量级以上），这远低于车轮结构一阶固有频率（275Hz）的一半。因此，在此后的车轮疲劳损伤分析和损伤相似性的构建过程中，将在静态叠加的范畴内进一步展开分析和讨论，而不再考虑车轮的动力学响应。

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图5-15 车轮结构在真实工况中所承受轮力的自功率谱密度11

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