车辆发动机载荷谱试验方法及应用

加速寿命试验是在保持失效机理不变的条件下，通过改进试验载荷来缩短试验周期的一种快速寿命评估试验技术。加速寿命试验一般要求尽量缩短试验时间和节约试验经费，同时要求保证试验的科学合理。图13－1表示了加速寿命试验常用的三类方法。

图13－1　加速寿命试验方法

（a）设计载荷；（b）提高工作载荷；（c）删除小载荷；（d）最大载荷不变，增加中间载荷

图13－1中的曲线（a）为目标设计载荷谱，根据这个目标谱进行寿命试验时，试验时间长，试验成本高。为了使试验谱能够达到加速的目的，同时又能科学合理地考核被试验零件的寿命，就必须对试验谱进行一定的强化。

进行加速寿命试验时，首先要满足下面三个原则：一是应用加速谱进行加速寿命试验时，试验载荷要与被试验对象的实际工作载荷相近；二是加速寿命试验谱与实际工作载荷类型相同，载荷频率成分接近；三是加速寿命试验谱要充分考虑由材料性能和制造工艺所引起的零部件寿命的离散特点。

下面介绍几种常用的加速寿命谱编制方法：

（1）提高试验载荷谱的加载频率。常用于结构简单的零部件疲劳寿命试验，试验条件是被试验对象的应力不随试验载荷频率的提高而发生变化，不能改变试验对象的载荷类型。

（2）加大试验载荷的最大值。试验过程中，将被试验对象实际载荷的最大值乘以一个安全系数来确定试验载荷的最大值，如图13－1（b）所示。零部件的材料S－N曲线和疲劳曲线方程为(www.xing528.com)

式中，S1，N1——正常状态下的载荷及其破坏循环次数；

S2，N2——强化状态下的载荷及其破坏循环次数；

K＝（S2/S1）m——载荷强化系数。

这种试验方法可能会改变应力分布，从而导致加速试验和实际疲劳试验的寿命相差较大。

（3）删除频次较多但幅值较小的载荷，如图13－1（c）所示。该方法主要略去对疲劳寿命影响较小的小幅值载荷，可以减少大量时间。

（4）保证加速寿命试验谱中载荷的最大值与实际工作载荷相同，保留且适当增加中间幅值载荷的频次，删除部分对寿命影响较小的载荷，如图13－1（d）所示。根据等效损伤原则，利用公式N1＝N2（S2/S1）m将低应力级的载荷S1的循环次数折算为某一高级应力级的载荷S2的循环次数，使试验时间缩短。在这种试验谱中，要注意其应力时间历程的基本应力要保持与实际载荷谱一样，其损伤失效形式也应与设计谱损伤失效形式相同。

为了便于比较研究，对发动机模拟任务谱和加速寿命谱做如下定义：根据发动机使用任务进行载荷分析、综合制定出的模拟任务试验循环，或者根据发动机设计任务类型制定出的正常考核谱称为模拟任务谱。通过分析发动机重要零部件工作条件和限制寿命的主要要素，保留影响寿命的主要载荷循环，删去对寿命影响较小的载荷循环，从而显著缩短试验时间，应用该方法编制的加速试验谱称为发动机加速寿命谱。