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1.試驗目的

針對改裝后的車架總成，測試后橫梁在設(shè)計最大負荷作用下的應力分布及最大應力值，并與有限元計算結(jié)果比較，驗證其強度是否達到設(shè)計值。

2.引用標準

GBT 6792-2009 客車骨架應力和形變測量方法

GB T 12534-90汽車道路試驗方法通則

3.試驗條件及試驗車輛的準備

3.1試驗場地與環(huán)境

a. 試驗用車架總成按設(shè)計圖紙按1：1比例制造；

b. 試驗場地為室內(nèi)，常溫。

3.2 試驗儀表、器具

a. 電阻應變儀，測量范圍0~30000me，分辨率1me；

b. 數(shù)據(jù)采集器，A/D 轉(zhuǎn)換率200kHz；A/D分辨率16位；

c. 電阻應變花，阻值120ù；屏蔽電纜

d. 鋼尺，卡尺，秒表。

3.3 其他車輛試驗條件的準備應符合GB/T 12534 的有關(guān)規(guī)定。

4.應力測量方法

4.1 確定測點布置方案

選擇車架后橫梁總成車鉤孔位置附近、后橫梁總成的內(nèi)、外沿平整處。按結(jié)構(gòu)受力情況，根據(jù)有限元分析結(jié)果，確定最大應變出現(xiàn)的區(qū)域，各測點均采用電阻應變花。

4.2 確定應變片柵長與種類

根據(jù)應力分布梯度，選擇合適的應變片柵長與種類。

4.3 應變片粘貼與引線焊接

對測量區(qū)域進行清洗后，用手砂輪或砂紙打磨表面，去掉鐵銹、油漆和污垢，達到

左右，按布置方案用記號筆畫出標記線，用四位惠斯頓電橋測量各應變片的電阻值，要求其偏差在±0.5歐姆以內(nèi)，然后用膠水進行粘貼。

粘貼完畢后，焊接應變片引線。焊接之前應在靠近應變片位置處粘貼接線端子，焊接引線時要注意與基體的絕緣，引出電纜要注意屏蔽。焊接完成后要對應變片、接線端子一起采用密封膠做防潮和絕緣處理。

4.4 應變儀的連接與調(diào)平

   應變花的每個應變片采用單臂方式接入電阻應變儀，每一支路都單獨調(diào)平，注意接入與所用應變花相同阻值的溫度補償電阻。

5.車架裝卡與載荷施加

車架裝卡利用試驗場地提供的設(shè)備，安裝方法依照使用說明書進行。

載荷施加在牽引鉤上，最大載荷30噸。

6.試驗程序

a. 將車架總成裝卡在實驗臺架上，處理應變片粘貼處表面，在設(shè)定的位置粘貼應變花，注意粘貼角度要準確，避免傾斜；粘貼接線端子、焊接引線和引出線，密封與絕緣處理。

b. 在應變儀上正確“接橋”，接通應變儀電源，調(diào)節(jié)電橋平衡。

c. 應變儀預熱一段時間后，再次調(diào)節(jié)電橋平衡；施加載荷、記錄數(shù)據(jù)，有效試驗的次數(shù)不少于3次。

6.1 ANSYS仿真及應變片位置確定

基于車架需滿足20t的拉力作用，車架需具有足夠的強度要求，現(xiàn)利用有限元軟件ANSYS進行強度分析，在ANSYS分析中分別分析了加載力為15t、20t和30t的三種加載狀態(tài)，分析中拉力加載在鉤子簡化后的前端面上，根據(jù)現(xiàn)場實驗條件在左、右縱梁壓型上各開的孔，并在這12個孔內(nèi)壁加上全約束。分析得出的應力場分布如圖1和圖2所示，ANSYS分析中全部節(jié)點應力在附表3中。

加載力為20t時的車架變形圖和70倍變形放圖如圖3和圖4所示

根據(jù)應力場的分布情況，將應變花跌貼于車架的應力較大區(qū)域，具體測點如圖5，利用高速程控靜態(tài)應變數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)進行測試。待數(shù)據(jù)采集整理后，各測點的應力值，見附表1和表2（各測點貼片位置見附圖）。

6.2 實驗過程

6.2.1 實驗加載記錄流程

實驗過程中每個車架加載流程如下（單位t）：

第一階段：5-10-5-0

第二階段：5-10-15-10-5-0

第三階段：5-10-15-18-20-18-15-10-5-0

第四階段：5-10-15-18-20-22-24-25-27-29-30

第四階段加載過程預定為看現(xiàn)場加載情況來定加載到多少噸位，根據(jù)實際現(xiàn)場情況最后兩次拉伸均拉到最大噸位30t。

6.2.2 實驗數(shù)據(jù)記錄

實驗中對每次加載噸位和加載時間都有詳細記錄，為了讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定各加載階段中每個噸位的應變儀數(shù)據(jù)都記錄了三次。

7.實驗數(shù)據(jù)處理與分析

7.1數(shù)據(jù)處理

 通過ANSYS仿真和實際測試后，應力場的分布情況基本相同。在ANSYS仿真中，建立的模型尺寸，材料屬性及加載位置和約束情況，均與實際測試中的工況基本相同，仿真具有一定的真參考度和可靠性。由于應變花的貼片厚度及車架經(jīng)過較大的拉力后，個別應變花可能破壞，采集后的應力值較大不予考慮。以下分析中的仿真值與測量值均為車架表面應力，仿真值每個測點取了應力平均值、應力最大值和應力最小值，正值為拉應力，負值代表所受應力為壓應力，由于應變花范圍較大而仿真分析中取值節(jié)點較小，為了使仿真結(jié)果更具可靠性，這里所取的仿真值均為測點附近取多值后所得的平均值。測量值為根據(jù)實驗測得應變而求出的主應力值中的較大值，其求解方法如下：

   據(jù)平面應變分析理論知，若某點任意三個方向的線應變知道，就能計算出該點的主應變和主方向，從而計算出主應力。因此測量某點的主應力和主方向時，必須在測點布置三枚應變片。通常將三個敏感柵粘貼在同一基底上，稱為應變花。常用的應變花有兩種：1.三敏感柵軸線互成120°角，稱等角應變花。2.兩敏感柵軸線互相垂直，另一敏感柵軸線在它們的分角線上，稱為直角應變花。該實驗中應用的是等角應變花。

   由應變分析和應力分析理論知，測得、和后，可按下列公式計算主應力：

  車架受力情況主要集中在加載位置周邊，重點分析測點（1，4，5，8，11，12），如表3所示(測量值1----第一車架經(jīng)過25t拉力后，測量值2---第二車架未拉)：

其余測點分析如表4所示(測量值1----第一車架經(jīng)過25t拉力后，測量值2---第二車架未拉)，其中19測點測量1的值由于應變片未知原因未能測得：

7.2最大畸變能準則下的應力

    實驗測得應力值為車架表面應力，更能反映車架真實受力情況的是Equivalent stress，現(xiàn)將所有測點Equivalent stress統(tǒng)計如表5：

7.3誤差分析

對于應力值較小的測點，物理實驗過程中加載拉力的鋼絲繩較粗，受力方向稍微不同就會導致兩次測量值和仿真值差距較大，仿真時受拉實驗時也可能受壓，故只有受力較大的測點其誤差范圍的參考價值才較大，下表6中為應力值較大的重要測點誤差范圍，其中誤差1為測量值1的誤差。誤差2為測量值2的誤差，表中誤差數(shù)值為誤差百分比，正值代表測量值大于仿真值，負值代表測量值小于仿真值。

由以上分析可以看出大部分測量值和仿真值都較為吻合，也有部分測點差距較大，部分測點差距較大的原因分析如下：

1.車架模型在有限元分析時經(jīng)過一定的簡化，主要體現(xiàn)在螺栓和鉚釘全部簡化刪除；

2.仿真約束不能完全和測試時約束相同；

3.仿真時拉力加載為集中載荷，該載荷垂直于加載平面，受力時車架會發(fā)生變化，而受力方向會隨著加載平面方向的變化而變化，測試時受力方向始終向著鋼絲繩拉直的水平方向，故仿真和測試的受力方向會有微小差異；

4.貼應變花時502膠水的厚度對測試精度有一定影響；

5.由于千分表和錄像機使用時會產(chǎn)生磁場，而磁場會對應變片電阻產(chǎn)生影響進而影響部分測點測試精度。

以上測點中第一次測量用車架和第二次測量用車架原始狀態(tài)不同（第一次測量用車架已經(jīng)過25t拉力，第二次測量用車架未經(jīng)任何拉伸），且實驗過中應變片貼片位置有微小差異，實驗中受拉力的大?。ɡ_度0.1t）和方向也會有微小不同，由于這些不確定因素的存在，測點9、15和16的兩次測量表現(xiàn)出了拉壓不同的現(xiàn)象。

8.實驗結(jié)果

車架經(jīng)過ANSYS仿真和現(xiàn)場實驗后，車架能夠經(jīng)受住20t的拉力作用，達到了設(shè)計強度。并且在最大30t的拉力作用下，車架無明顯變形，只是部分區(qū)域的應力值較大，達到了強度極限。