何远宏　张清奎　徐敏　谢怀圣　周傲

摘 要：文章主要介绍车架疲勞试验的实施过程以及此过程中的传感器布置方式。通过仿真试验相结合方式，来修正数值模型。为以后的类似的仿真提供参考模型，同时对比多组仿真和试验数据，并对仿真数据与试验数据的异同点进行了探讨，为以后的仿真积累了经验。关键词：弯曲试验;仿真;对标;误差中图分类号：U463.32  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）02-83-03

Abstract： This paper mainly introduces the implementation process of frame bending test and the sensor arrangement in this process. The numerical model is modified by the combination of simulation and experiment.It provides a reference model for similar simulation in the future. At the same time， it compares several groups of simulation and test data， the similarities and differences between simulation data and test data are also discussed. To accumulate experience for future simulation.Keywords： Bending test; Simulation; Benchmarking; ErrorCLC NO.： U463.32  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）02-83-03

前言

计算仿真在各行各业得到了广泛的应用，并在多方面逐步取代了试验，缩短了产品验证环节和开发成本。但仿真的结果建立在正确的模型基础之上，几何模型，材料模型，以及边界模型以及其他各方面偏差都会影响仿真结果。为了得到正确的仿真结果，需要实验验证^[1]，通过试验来修正模型。使仿真结果与试验结果趋于一致。用修正后的模型做仿真分析，取代实验以达到节省成本的目的。

本文通过试验仿真对标，来验证仿真的模型的准确性。同时通过对模型的调整使仿真结果与试验结果趋于一致。为后来的产品开发仿真提供准确的数字模型，并对产生误差的原因进行了探讨。

1 车架试验过程及结果

1.1 弯曲试验

台架的设计^[2]依据实际工况，且保障台架相对结构有足够大的刚度，以便得到理想的车架边界条件。

载荷的施加在鞍座上，载荷分三个阶段施加，第一、二、三阶段分别加载180KN、270KN、360KN，载荷形式为正弦等幅值周期载荷，加载频率^[3]为1-1.4HZ。

位移传感器在平衡轴上和前桥旋转附近左右两侧各布置1组传感器，以监测台架刚度。大梁其他位置沿纵向每隔1300mm左右布置一组位移传感器。检测其上下位移变化。

应变计主要安装在大梁扰度最大区附近，扰度最大处应力幅值相对较大。大梁上下端面受挤压或拉伸变形，应力状态相对简单，在上下端面安装应变片，在侧面安装应变花。

采集设备可以时刻动态采集数据，监测大梁的位移和应力的变化。

位移传感器输出的正位移表示大梁上翘，输出的是负值表示大梁下弯，单侧大梁测量点输出的位移如下表所示：

以下弯扰度最大处传感器输出位的移计算大梁弯曲刚度，可从拟合曲线上看出拟合刚度为75.9KN/mm。

应变片只能检测出单向应力，应变花可以确定一点的完整的应力状态，测试软件输出第一、第二主应力。由于各向同性低碳钢以Von mise 应力来考察其强度^[4]。需将输出的结果转化为Von mise 应力， Von mise应力和主应力关系为 σ={[σ₁²+σ₂²+（σ₁-σ₂）²]/2}^0.5 ，其中σ为Von mise 应力，σ₁ 为第一主应力，σ₂为第二主应力。1-6 #应变花测到应力经转化后的结果如下表：

各点的应力状态转化为Von mise 应力有利于减少仿真与分析的对标时的工作量。

2 弯曲对标

2.1 位移仿真及对标

对试验车架做仿真分析，仿真模型的建模与试验模型保持一致。其中工况设置和台架试验相同，在分析后处理中标注出与试验车架上相同测量位置的各物理量。

弯曲试验测试的是垂直向位移，即为图4中的Y向位移。应力结果是Von mise 应力。

仿真对标试验时，第一考察位移对标重合度要高，位移对标误差小，应力对标误差就小。在位移对标中首先要关注前后桥旋转中心处的位移，要和试验保持一致。这样才能保证仿真台架模型的刚度和试验台架模型刚度保持接近。然后再微调模型使多数测试点和试验误差控制在10%以内，误差特别显著的点可以临时剔除，但保证整体分布点要合理，不能出现车架大段无测量点的情况出现。

各测试点的为Von mise 应力。这样不用比较各应力分量，有利于比试验、仿真应力的差异。

由于仿真为线性准静态分析，仿真结果和试验结果从小逐步增大过程中，仿真与试验的差别也越来越明显，除车架转动中心处，误差较大。此处理论为零位移。但实际不不能保证得到零位移。其他各点在小载荷去基本保持在10%以内，仿真结果基本反映出大梁真实弯曲和应力大小情况。

从以上图看也可以看出随着载荷增大，仿真试验的位移和应力误差随着增加。试验刚度拟合曲线存在非线性行为。而仿真刚度拟合基本为线性。仿真刚度为82.9Kn/mm，与试验所得刚度值存在9%的误差。此误差产生的原因，主要由两点，第一是由于仿真台架与试验台架存在一定差别，第二试验加载几何存在一定非线性行为，而仿真采用的是准静态线性分析。

3 结论

试验和仿真对标误差基本在可接受的范围之内，仿真所得结果在较小载荷内与实际吻合度高，在此载荷内，可采用准静态方法仿真分析，在大载荷段由于非线性成份增大。要考虑几何和材料的非线性行为。

本文所述试验和仿真对标是在弯曲工况所做的论述，对此工况下仿真分析有参考意义，但对模型刚度考察并不全面，若要全面考察模型刚度，并修正其刚度，需做模态对标^[5]工作。

参考文献

[1] 申娟，欧家福，刘德辉.重型车架弯曲扭转试验方案探究[J].重型汽车.2011.06期.

[2] 李鹏，谭志军，倪城琳，黎朝琳，李承燕.基于台架试验重型商用车车架研究[J].四川兵工学报， 2014年07期.

[3] 史展飞，李玉龙，索涛，等.载荷频率对金属及其合金高周疲劳特性的影响[J].材料科学与工程学报，2009年03期.

[4] 丁智平，劉义伦，尹泽勇，杨治国，成晓鸣.镍基单晶高温合金的屈服准则研究[J].机械强度，2004年02期.

[5] 于金朋，张卫华，黄雪飞，等.基于试验模态的高速列车车体结构动力学模型修正研究[J].噪声与振动控制，2015年03期.