IND4汽車人：振動疲勞試驗（三）時域耐久（上）
在《振動疲勞試驗（一）》中從總體上介紹了振動耐久疲勞試驗，有各種各樣的形式，行業裏一般會按照類型區分會有基於頻域的振動疲勞試驗和基於時域的振動疲勞試驗，接下來本文介紹基於時域的振動疲勞試驗。
基於時域的振動疲勞試驗，顧名思義，這個耐久試驗是在時間域內進行的，主要是對結構件進行的耐久性試驗，結構件裏主要驗證焊接部分和薄板結構，幾乎所有的車輛都需要做基於時域的振動耐久疲勞試驗，因為有限元分析還達不到完全替代試驗的發展階段，即使將來達到了，也無法離開臺架試驗的終驗證。
圖1 需要振動疲勞試驗各類型車輛
像轎車的車身需要提前做振動疲勞臺架試驗，因為跑臺架還是比跑試驗場快多了，卡車，工程車輛的駕駛室、箱體類結構等都需要做時域的振動疲勞試驗。具體示例如下圖2圖3所示。
圖2 待實驗的轎車車身
圖3 待實驗車輛子系統
一般來說，個頭相對較小的結構件放在單自由度液壓臺架上驗證即可，以垂向驗證為例，就是一個液壓油缸配上伺服閥控制流量加上位移感測器，通過控制位移激勵信號來模擬測試件的加速度時域信號，有條件的企業可以自制，能加深對相關試驗的理解，沒必要從設備廠家購買，當然前提是這個企業已經具備一定的液壓臺架資源，例如大部分企業會因為做承載件的結構疲勞試驗而購買一定數量的液壓作動器，當然也有相應的控制器和泵站，還有設備電腦購買安裝道路數據模擬軟體功能，這些是自行製作單自由度液壓振動臺的前提條件，當然泵站可以自己製作，作動器業可以自己製作，但是控制器和電腦裏控制軟體不是一般人能搞定的，還得以從專業設備廠家購買為主。這裡提到的在垂向的液壓油缸上做時域的疲勞試驗指的是模擬道路時域數據的疲勞試驗。
圖4 單自由度液壓振動臺
一般來說，個頭相對較大的結構件系統最好放在多自由度液壓臺架上驗證，但是轎車的車身除外，可以放在四立柱臺架上驗證，因為臺架上失效形式與市場上常見失效形式一致，整個車輛行業都達成了一致。這裡提到的多自由度液壓振動臺指的是六自由度液壓振動臺，這種臺架近幾年在中國越來越多，一些不差錢的汽車研究機構和企業紛紛購買了這種試驗臺，因為這種振動臺能否模擬三個平動和三個轉動，是目前時域上模擬效果最好的振動臺。像工程機械上的駕駛室，水箱等結構件放在這種振動檯面上模擬實際採集的加速度信號是比較好的，因為檯面剛度和工程車輛的車架剛度接近。但是像卡車的駕駛室做六自由度振動耐久試驗的時候直接放在檯面上去振效果反而不好，因為檯面剛性太強，遠高於卡車車架，車架上的彎扭模態在這種檯面上體現不出來，所以很容易導致臺架上的駕駛室失效形式和市場上用戶失效形式不一致，一個較好的建議是和振動臺廠家合作建立這樣的振動臺形式和圖5中右側圖片一致，但是把檯面替換為卡車車架，如果噸位足夠大，可以將油箱等所有附件一併安裝到車架上去驗證耐久性。如果拔高一下的話，也可以自己製作這種試驗臺架的絕大多部分，僅從振動臺設備廠家購買軟體和控制器。
圖5 六自由度液壓振動臺
由於六自由度振動臺架建設費用很高，不僅試驗臺架貴，其相應的試驗室地基要求也是很高的，試驗室需要挖的很深，建一個超級大的混凝度質量塊上面是鐵地板，並且這個大質量塊下面需要很多空氣彈簧支撐，整體造價極其昂貴。很多企業無力承擔這種巨大投資，當然通過卡車車架的形式加上購買控制器和軟體的思路能降低很多成本，但還是很貴。一些企業自己開發成本相對較低的三自由度振動臺，去模擬試驗樣件的三個平動方向的時域加速度信號，好處是降低了大量成本，但是侷限性較大，因為這種試驗臺無法模擬大的試驗樣件不同位置不同的相位動作，即無法模擬實際發生的轉動，即使實驗目的是主要驗證個頭較小的測試件，但是也受到很大的侷限性，因為三自由度振動臺為了保證振動起來的穩定性，需要將另外三個轉動自由度進行很好的約束，放置試驗臺在工作過程中大翻轉，但是一旦約束轉動的自由度，也會無法避免的影響其它的平動方向的運動，這樣模擬時域信號的精度就會受到影響而降低，因此這種試驗臺僅僅侷限在個頭較小的試驗樣件且其道路上振動載荷較小。
本篇文章介紹了基於時域的振動疲勞試驗中通常涉及的各類車輛的試驗樣件和通過試驗樣件大小如何選取合適的液壓振動臺以及如何通過降成本的方式搭建自己的多自由度液壓振動臺。當然，決定好開展一個振動臺的振動疲勞試驗的前期還有大量工作要做，不是直接將樣件固定試驗臺上啟動試驗臺就完事的，前期需要道路載荷譜採集，道路載荷譜的分析與編輯，臺架時間的預評估，臺架上傳遞函數的測量，加速度信號的模擬和迭代，確定臺架時間及執行耐久性試驗，具體描述將在下一篇文章中介紹。
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