基于载荷谱的橡胶隔振器疲劳试验与寿命预测方法研究

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本文针对橡胶隔振器,分别从疲劳寿命预测模型建立、道路载荷谱采集、前处理与编辑技术、台架试验以及寿命预测等方面进行研究,旨在缩短橡胶隔振器的疲劳设计周期,提高设计开发效率。将本文提出的方法应用于橡胶隔振器的疲劳寿命预测模型建立以及台架试验当中,可以有效地降低产品的开发成本,具有较高的工程应用价值。本文主要完成了以下工作内容:(1)以哑铃型橡胶试柱为试验试件,开展了隔振器橡胶材料的单轴疲劳试验。根据隔振器实际受载时的应变分布范围,制定了试件疲劳试验工况。对试验结果进行分析,建立了该橡胶材料同时考虑应变幅值和应变均值影响的疲劳寿命预测模型。(2)基于S变换和累积功率谱密度的理论与方法,研究了一种橡胶隔振器的载荷谱时频编辑方法。以仿真载荷信号为例,采用基于S变换的载荷谱编辑方法对其加速编辑。以累积功率谱密度为依据,采用遗传算法确定阈值,识别载荷谱中损伤贡献量小的片段,为本文的载荷谱编辑打下方法基础。(3)以一橡胶悬置为研究对象,于试车场强化路面采集了其固定端的三向分力载荷谱。对前处理后的载荷谱采用基于S变换的载荷谱编辑方法和现有的两种时频域载荷谱编辑方法进行加速编辑。将不同方法得到的缩减载荷谱从时间压缩量、伪损伤保留量、功率谱密度分析和穿级计数分析四个方面进行编辑效果对比。结果表明相比于其他两种方法,所研究的基于S变换的载荷谱编辑方法可以更好地对载荷谱进行加速编辑。(4)开展橡胶隔振器疲劳台架试验。分别将采集到的原始载荷谱与基于S变换载荷谱编辑方法得到的缩减载荷谱作为加载数据,对相同的橡胶悬置进行加载。结果表明基于S变换的载荷谱编辑方法得到的缩减载荷谱与原始载荷谱具有相同的加载效果。(5)使用建立的橡胶材料的疲劳寿命预测模型结合实际采集到的随机载荷谱,预测橡胶悬置的疲劳寿命。开展了橡胶悬置疲劳仿真,并对比分析了悬置预测寿命与疲劳仿真寿命。结果表明,所建立的疲劳寿命预测模型可以很好地对随机载荷谱作用下的橡胶隔振器进行疲劳寿命预测。
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