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三维光学测量在车桥加载测试中的应用

2021-03-25 19:15 新浪成都汽车 0

  汽车行驶时处于一个相当复杂的振动环境中,其各个零部件都会受到或大或小的应力、应变的作用。经过一定的服役时间,一些零部件便容易发生疲劳损坏,出现裂纹或断裂。据统计,汽车90%以上的零部件损坏都属于疲劳损坏。从汽车诞生的那一天起,疲劳耐久就是整车的重要性能。

  汽车车桥(又称车轴)通过悬架与车架(或承载式车身)相连接,其两端安装车轮。车桥的作用是承受汽车的载荷,维持汽车在道路上的正常行驶。作为底盘上的重要部件,其工作环境复杂,容易损坏,甚至会出现断裂,因此车桥的结构优化以及疲劳分析研究成为了一个重点问题。

  对于新设计制造的车桥,需要利用专门的高动态性能固定试验台进行模拟加载试验,检测各项工作性能和可靠性指标。由于车桥的工作参数变化范围大,工况复杂多变,传统的测量方式难以精确地测试其关键部位的变形和裂纹出现位置。

  在过去,在车桥加载测试中使用传统的应变计来检测关键部位的变形和裂纹,要测量较多点的变形,需要安装众多的位移传感器,使用非常麻烦,精度不高。

  在测试之前,难以预测哪里是关键部件变形部位,无法准确测得结构最大应变位置。而且在测试之前,需要预先判断哪里是关键部件变形部位,然后再布置应变片,很难收集到高质量、可靠的测量数据。

  三维光学测量方案

  采用三维光学测量技术,可以通过全场非接触式测量方式,测试关键部位变形和损伤的起始位置,并实时记录车桥结构表面的全场变形。能直观地看到测量区域内全部的位移应变数据色谱图,获取全场数百万个点的位移应变数据,而不是位移计或者应变片仅有的几十个读数。

  基于车桥制造商客户的需求,新拓三维技术工程师分别采用XTDIC三维全场应变测量系统、XTDP三维摄影测量系统,测试车桥在两端施加载荷的工况过程中,结构表面的位移变化以及部件材料的应变变化。

  同时,在测试现场,对新拓三维XTDIC系统进行了精度验证。通过在车桥表面采用XTDIC系统和布置应变片同时采集数据,经分析同一位置应变片数据与XTDIC系统所测数据精度差异均在50个微应变以内,使用XTDIC系统可以测得全方位、高质量的数据结果。

  在室内环境中,采用XTDIC全场位移应变以及XTDP摄影测量关键点静态变形两种测量方案,观测车桥模拟加载过程中,表面关键位置的位移及应变数据,为车桥的变形检测、可靠性分析提供数据支撑。

  DIC动态位移应变测量

  车桥加载试验利用四通道实验机控制系统,采用负载控制方式,过程为连续加载1-40吨; 加载时间:120秒;加载到40吨时维持,同时采用XTDIC系统进行全场位移应变测量,提前在车桥表面制备黑白相间的斑点,并将设备架设至被测物正对面,在车桥的变形过程中实时拍摄序列图片,然后通过XTDIC系统进行数据分析,获取其全场位移以及应变。

  XTDIC系统可以在任何空间方向生成三维全场变形数据,由于采用非接触测量方式,车桥在整个测试过程中不受任何外力影响。通过预先定义的评估方案,可以观察全场的位移变化情况,并可追踪裂纹形成及扩展的方向。

E方向位移E方向位移
X/Y/Z单方向位移 X/Y/Z单方向位移

  通过图像分析,获取车桥表面三维位移场、应变场数据。试样表面应变场的工程数据输出后,可以得出车桥被测表面平均主应变曲线。根据测量结果分析得出,随着车桥载荷的增加,其表面最大主应变成持续增加的趋势,其分析结果与实际预期情况相符。

  XTDP静态变形测量

  在车桥加载测试过程中,采用XTDP摄影测量系统多角度拍摄被测位置照片,进行四种不同载荷下的关键点变形测量,对被测车桥的每一个变形状态进行拍摄,车桥静态变形的结果可在三维显示区中以色谱图的方式显示出来。

  以下为车桥在4/6/16/40吨加载后关键点位移分析结果图。

4吨加载测试下的车桥关键点位移4吨加载测试下的车桥关键点位移
 6吨加载测试下的车桥关键点位移 6吨加载测试下的车桥关键点位移
10吨加载测试下的车桥关键点位移10吨加载测试下的车桥关键点位移
16吨加载测试下的车桥关键点位移16吨加载测试下的车桥关键点位移

  采用三维光学测量技术,通过非接触测量获取重载汽车车桥在负载下的全场位移应变,分析其在不同工况下结构受力过程位移变化,及其材料表面的应变情况,对于车桥材料以及结构的失效提供了可靠的数据分析。

  使用全场变形测量方式,对车桥加载变形测试,结合有限元分析情况,可以精准地验证车桥结构中应力值较高的单元集,有助于判断车桥结构危险点的疲劳情况及寿命,分析车桥受力加载过程的结构应力应变情况,变形关键位置和裂纹演化,是非常高效、精确的测试方法。

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