将发动机序列载荷谱按照载荷循环起始到达级不同,装配过渡时间矩阵;根据载荷峰谷值装配载荷持续时间矩阵,形成以时间为变量的载荷序列,即发动机时间载荷谱。图13-6(a)所示为发动机加速寿命序列载荷谱,横坐标为载荷序列,纵坐标为按照图13-4离散后的发动机典型工况编号;图13-6(b)所示为发动机加速寿命时间载荷谱,横坐标为时间,纵坐标为离散后的发动机典型工况编号。
将应用发动机面工况点位移加速法编制的加速载荷谱与原来模拟任务谱进行对比分析如下:
(1)发动机所有运行工况点均在原面工况范围内,不会造成发动机超速、超负荷等现象,保证了发动机的载荷范围和失效规律与原模拟任务谱一致。
(2)发动机选择典型加速谱工况点进行载荷变换,增加了原发动机模拟任务谱中的低频载荷循环幅值,由发动机变工况时的零部件载荷特点可知,这种方法可以加速发动机零部件损伤,实现缩短试验时间的目的。
(3)发动机加速谱将时间维度引入了载荷谱的编制过程,这样可以保证发动机在加速载荷谱中的载荷分布与频率与原模拟任务谱的载荷分布与频率相似,从而保证了加速载荷谱的科学性。
图13-6 发动机加速载荷谱
(a)发动机加速寿命序列谱;(b)发动机加速寿命时间谱
1.疲劳加速系数
装甲车辆发动机曲轴、连杆以及活塞销座的失效形式均属于高周疲劳破坏,要想计算单位时间内各零部件的累积损伤,首先要对模拟任务谱和加速载荷谱两种任务剖面下曲轴、连杆以及活塞销座危险节点的载荷-时间历程进行统计分析,其危险节点应力-时间历程雨流计数结果如下。
连杆危险节点在两种任务剖面条件下雨流计数结果如图13-7所示。
图13-7 连杆危险节点雨流计数结果对比
(a)模拟任务谱;(b)加速载荷谱
曲轴危险节点在两种任务剖面条件下的雨流计数结果如图13-8所示。
图13-8 曲轴危险节点雨流计数结果对比
(a)模拟任务谱;(b)加速载荷谱(www.xing528.com)
活塞危险节点在两种任务剖面条件下雨流计数结果如图13-9所示。
图13-9 活塞危险节点雨流计数结果对比
(a)模拟任务谱;(b)加速载荷谱
名义应力法是一种基于材料S-N曲线的疲劳性能分析和损伤计算的方法。S-N曲线能够反映材料疲劳强度特性,是用标准小试样在疲劳试验机上经过大量实验得到的,是一条用来表示外加应力水平和标准试样疲劳寿命之间关系的曲线,其横轴代表循环次数N,纵轴代表对应的应力水平S。名义应力法计算疲劳损伤的步骤可用图13-10表示。
图13-10 名义应力法疲劳损伤计算步骤
应用名义应力法分别对发动机模拟任务谱和加速谱考核规范下的曲轴、连杆、活塞进行疲劳损伤计算,并计算其加速系数,如表13-5所示。由于现有的发动机不是等寿命设计,因此发动机各零部件加速系数也不相同,曲轴的加速系数为3.09,连杆的加速系数为3.55,活塞的加速系数为6.42。
表13-5 发动机零部件加速系数
2.磨损加速系数计算
对模拟任务谱和加速寿命谱两种工况条件下的缸套进行循环磨损量计算,图13-11(a)所示为模拟任务谱下的缸套循环磨损量,图13-11(b)所示为加速寿命谱下的缸套循环磨损量。
图13-11 缸套磨损谱对比
(a)模拟任务谱;(b)加速寿命谱
将发动机某一任务剖面中每一个工作循环的磨损量进行累加,即可得到该任务剖面条件下发动机缸套累计磨损量。应用式(11-27)~式(11-32)进行计算,并计算加速寿命谱的磨损加速系数为2.93,如表13-6所示。
表13-6 缸套磨损加速系数计算
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