新型轻卡驾驶室动态应变测试分析

某公司新研发的轻卡驾驶室在进行道路耐久试验过程中,驾驶室前围出现局部开裂现象。为了解该驾驶室的动态特性,要对其进行动态应变测试和分析,为驾驶室改进提供有力依据。

动态应变测试方法及测试系统组成

应变测试技术常用的有应变电测法、光学方法和声学方法。本次测试采用应变电测法,是以应变片为传感元件,是一种应用广泛、使用经验成熟的方法。仪器采用JHDY动态应变采集系统,由动态应变仪、采集软件、应变片、笔记本等组成。实时采集,实时显示曲线,可直接显示被测物理量。

动态应变测试步骤

贴片位置选择;动态应力测点位置应布置在道路耐久试验中出现开裂位置的附近,以及在有限元分析中应力较大的区域,在主应力方向明确的位置布置单轴应变片,在主应力未知方向位置采用应变花。

应变片的粘贴;先对应变片外观进行检查,看是否有锈斑等缺陷。然后对车架进行表面处理,清楚污垢。在粘贴应变片之前在车架测点位置进行划线,使粘贴方向与测量应变的方向一致。*后,用胶水粘贴应变片,在应变片粘贴面处涂上薄薄一层胶水,将应变片的方向线对准刚才划的基准线。要确保粘贴的位置和方向角一致,粘贴表面无气泡。通过接线端子将应变片的引线与接入应变采集仪的导线连接。

动态应变测试测试结果分析

通过对各测点动应变测试结果整理,取钢材弹性模量E=206GPa,得到各测点的应力幅值和均方根值。其中测点5、测点8、测点11的振动强度较大,主要集中于前围接近于扭簧附近,位于道路耐久试验过程中开裂部位附近。通过测点5、8、11动应力时域里程曲线与有限元计算结果对比可知,各测点应力数值分布趋势和仿真结果基本一致,*大动应力测点8为92.6MPa,测点应力值和计算值(*大为85MPa)比较近。

对各测点的动应力时域历程进行频谱分析,由于应变花的合成应力在每一瞬时的主应力方向均不同,故频谱分析时选取应变花中*大动应力信号进行频谱分析。频谱分析时,为了防止泄漏,对信号加Hanning窗处理。从动应力功率谱密度曲线上看,各测点的谐振频率基本相同,谐振峰主要集中在17.8HZ、19.5HZ、30.4HZ,有限元计算的弹性约束前三阶模态频率分别为23.2HZ、25.1HZ、33.4HZ。

结语

由于有限元模态计算模型未考虑乘员质量,高于实际谐振频率,可以看出,测试数据和模态分析结果吻合较好,从测点5和测点8的频谱图可以看出,在17.8HZ和19.5HZ处振动能量较大,且该驾驶室一阶模态振型为扭转振动、二阶为弯曲振动,二者模态频率相差不到2.0HZ,极易产生耦合振动,从而降低驾驶室的疲劳强度。

通过动态应变测试分析,掌握驾驶室的动态特性,为其结构改进指出了方向,同时表明如要提高驾驶室的疲劳强度,必须结合结构的动态特性进行合理设计,本文的研究分析为此类驾驶室的疲劳强度设计到一定的参考和指导作用。