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载荷等效与虚拟试验--同济大学


载荷等效与虚拟试验
同济大学 周鋐

载荷等效

主要内容
?

载荷等效应用
道路谱采集 载荷等效分析计算

?

?

2014-7-17

同济大学 汽车学院

3

/> 载荷等效应用
?

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? ?

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用户道路与试车场道路载荷关系确定 基于雨流矩阵 基于MRS 基于FDS 零部件试验加载载谱确定 单级加载试验 多级加载试验 加速试验

2014-7-17

同济大学 汽车学院

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主要内容
?

载荷等效应用
道路谱采集 载荷等效分析计算

?

?

2014-7-17

同济大学 汽车学院

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道路谱采集
车辆六分力传感器

6

道路谱采集
应变片、应变花布置

7

道路谱采集
试车场道路谱采集

蛇形卵石路

石块路

沙石路

搓板路

共振路I

共振路II

共振路III

道路谱采集
试车场道路谱采集

9

道路谱采集
用户道路谱采集

10

主要内容
?

载荷等效应用
道路谱采集 载荷等效分析计算

?

?

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试车场道路载荷谱雨流矩阵
?
?

试车场信号识别与分段 各路段载荷谱雨流计数统计
编号 路段 编号 路段 编号 路段

1
2 3 4

比利时路
长波路 车身扭曲路 平滑石块路

10
11 12 13

坑洼路A
坑洼路B 共振路II 住宅进口路

19
20 21 22

石块路
砂石路 搓板路 共振路II制动

5
6 7 8 9

蛇形卵石路
限速路障 井盖路 共振路III 铁路交叉路

14
15 16 17 18

路面接缝路
共振路I 路缘冲击路 大拱路 砾石路

23
24 25 26

制动路工况
高速环路 转向8字+倒车 坡道工况

12

目标用户道路载荷谱雨流矩阵
?
? ?

目标用户道路确定(总里程、各组成路段比例) 对实际用户道路采集得到的时域信号进行雨流计数,得到 其对应的雨流矩阵 根据实际目标用户道路的里程数进行雨流矩阵的推广

推广

13

目标用户道路与试车场载荷等效计算
基于雨流矩阵的载荷等效

道路组合
Rain Flow Matrix

? ? ?

? ? ? Rain Flow ? a ? ? a2 ? 1 ? ? Matrix ? ? curve ? ? be lg ian

? ? ?Rain Flow ? Rain Flow ? ? Matrix? ? an ? ? Matrix? ? ? skew ? ? 2 E ?005km
14

目标用户道路与试车场载荷等效结果
目标用户道路(200000km)与各试车场路段的组合关系表
路段 比利时路 长波路 车身扭曲路 平滑石块路 蛇形卵石路 限速路障 井盖路 共振路III 铁路交叉路
权重系数

坑洼路A 坑洼路B 共振路II 住宅进口路 路面接缝路 共振路I 路缘冲击路 大拱路 砾石路 坑洼路A

权重系数 0 0 0 0 0 0 0 0 3888

路段 石块路 砂石路 搓板路 共振路II 制动 制动路工况 高速环路 转向8字+倒车 坡道工况

权重系数 0 3878 0 1468 129 5490 197 1

0 265 0 0 3 0 0 0 0

15

目标用户道路与试车场载荷等效结果
左、右前轮六分力各通道损伤值的比值图

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虚拟试验技术

主要内容
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背景
国内外研究情况 虚拟试验台开发流程

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?

?

虚拟试验台应用实例

2014-7-17

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背景
汽车耐久性试验:
?
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 95% 90% 75% 100%

用户实际道路试验 试车场道路试验 室内道路模拟试验 虚拟试验

80%

85%

90% 75% 60%

?

50% 40% 30% 20% 0
设计阶段 90年代初期 第一次样车 样车修正 第二次样车 生产阶段

?

概念阶段

?

CAD/CAE/CAM阶段

虚拟设计阶段

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背景
传统CAE仿真缺点:
? ?

?
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?
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分析对象只是单个零部件 进行有限寿命设计时需要使用真实载荷 由于载荷的不确定性边界条件难以正确处理 不合理的加载可能导致试件漂移或翻转 难以用样机试验结果来评价 难以进行载荷预测 不能满足虚拟耐久性试验的精度要求

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背景
虚拟试验的优点:
? ?

?
? ?

?
? ?

虚拟试验能够在设计初期对设计进行验证 虚拟台架试验速度快、成本低、五危险 虚拟台架能够提供更好地约束和载荷边界条件 虚拟试验台可以指导优化物理样机试验 虚拟台架试验的结果能够容易用样机试验验证 可以方便地对极限工况进行仿真分析 对虚拟样车进行迭代(TWR时域波形再现) 在生产样车之前对新车型进行载荷预测
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主要内容
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背景
国内外研究情况 虚拟试验台开发流程

?

?

?

虚拟试验台应用实例

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虚拟试验技术的应用:
MTS公司的虚拟试验室系统( VTL )

2014-7-17

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虚拟试验技术的应用:
底盘关键零部件与车身的耐久性虚拟试验

Fz(Mz) Fy(My) Fz(Mz) Fx(Mx) Fz(Mz) Fy(My)
Fz(Mz)

Fx(Mx)

Fy(My)

Fx(Mx)

Fx(Mx)

Fy(My)

2014-7-17

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虚拟试验技术的应用:
Benz汽车公司

2014-7-17

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虚拟试验技术的应用:
LMS&BMW LMS&Audi

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26

虚拟试验技术的应用:
Moog公司

2014-7-17

同济大学 汽车学院

27

虚拟试验技术的应用:
DAF公司

2014-7-17

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28

主要内容
?

背景
国内外研究情况 虚拟试验台开发流程

?

?

?

虚拟试验台应用实例

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虚拟试验台开发流程
1、建立虚拟试验台机械部分的多体系统动力学模型

2、建立虚拟试验台的液压部分仿真模型
3、基于时域波形再现技术的控制算法研究 4、通过联合仿真实现完全数字化虚拟试验台

2014-7-17

同济大学 汽车学院

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1、虚拟试验台机械部分
在LMS Virtual.Lab Motion中建立试验台的多体动力学模型

四通道整车耐久试验台
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车桥试验台

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2、虚拟试验台的液压系统
?

在LMS AMESim环境中建 立试验台的液压系统模型 合理选取液压系统中各元 件的特性参数 液压系统动态性能验证

?

?

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32

2、虚拟试验台的液压系统
四通道试验台各油缸动态性能比较

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3、虚拟试验台的控制算法
系统辨识 目标信号迭代

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4、联合仿真
AMESim与Virtual.Lab Motion联合仿真

电液系统模型

机构动力学模型

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4、联合仿真
虚拟试验台联合仿真

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主要内容
?

背景
国内外研究情况 虚拟试验台开发流程

?

?

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虚拟试验台应用实例

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四通道整车耐久性虚拟试验台

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四通道整车耐久性虚拟试验台
虚拟试验台迭代收敛曲线

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虚拟试验台各通道实际 加载结果图

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40

谢谢!

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