汽車道路耐久試驗(yàn)的載荷配置裝置研究

摘? 要：從耐久試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)看，載荷配置裝置研究至關(guān)重要，需采用科學(xué)方法，遵循合理耐久試驗(yàn)流程和程序，對載荷配置裝置實(shí)施優(yōu)化，借此提升試驗(yàn)水平，不斷完善道路性能。通過施加交變載荷，獲得道路耐久性提升的一些思考，總結(jié)出載荷施加程度對路基的影響，為今后的道路建設(shè)和路基維護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：載荷配置裝置;耐久試驗(yàn);汽車道路

引言：

研究發(fā)現(xiàn)，瀝青層間接觸很復(fù)雜，如果使用傳統(tǒng)試驗(yàn)方法，需要考慮不間斷接觸條件。但實(shí)際接觸壓力并不是呈現(xiàn)均勻狀態(tài)的，所以路面的受力反應(yīng)，很容易出現(xiàn)高估和低估的可能。針對以上情況，需設(shè)計(jì)出完善的載荷實(shí)驗(yàn)裝置，同時實(shí)施有限元分析，在此基礎(chǔ)上研究公路荷載破壞力。

1載荷配置裝置實(shí)現(xiàn)原理

載荷配置裝置實(shí)現(xiàn)原理是：直流電動機(jī)（作為重要設(shè)備）提供實(shí)驗(yàn)裝置的動力源，在此基礎(chǔ)上發(fā)揮液壓裝置的作用，對實(shí)驗(yàn)路基施加載荷，借助傳感器等配件，監(jiān)測路基的受力變形。與此同時，在實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)中，科學(xué)運(yùn)用ANSYS分析軟件，實(shí)施可靠有限元分析，得出的結(jié)論可用于汽車零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2實(shí)驗(yàn)裝置參數(shù)確定

2.2.1 荷載施加裝置的選擇

本套實(shí)驗(yàn)裝置重點(diǎn)是怎樣合理施加荷載，另外為提高試驗(yàn)精度和便利性，需保障荷載的施加裝置自動化水平提升。從實(shí)際了解到，受到機(jī)械生產(chǎn)條件限制，目前荷載施加裝置大體有兩大種類，一是液壓裝置;還有一種是氣動裝置?，F(xiàn)實(shí)使用中，由于其承載能力不同，需要考慮的因素眾多。本套實(shí)驗(yàn)裝置，在實(shí)施期間所要求的荷載變化區(qū)間明顯，范圍比較大，所以實(shí)際的壓力值較高。基于此，汽車道路耐久試驗(yàn)的荷載施加裝置選擇應(yīng)該以液壓系統(tǒng)為主。

2.2.2裝置動力源的選擇

在實(shí)驗(yàn)操作中，動力源的選擇較關(guān)鍵，需選用直流電動機(jī)?，F(xiàn)實(shí)工作中，由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，要控制好模擬小車的速度，將其調(diào)整為0.5 m/s。操作中查表知摩擦系數(shù)f為0.6（干燥瀝青路面的）。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以科學(xué)選擇電動機(jī)的參數(shù)

3有限元分析

有限元分析軟件ANSYS優(yōu)勢突出，在分析模塊中集成了結(jié)構(gòu)、流體、磁場等眾多要素，是專業(yè)且通用的分析軟件。獲得業(yè)內(nèi)高度評價。具體應(yīng)用中，可以和CAD軟件接口匹配并發(fā)揮作用，科學(xué)完成數(shù)據(jù)的傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸精度，所以是相對高級的CAE軟件之一。在有限元分析中，Workbench是ANSYS的仿真平臺，其主要功能是提供組件（API）。軟件開發(fā)中，用戶可通過研發(fā)程序，完整進(jìn)行技術(shù)重新組合，形成基于研發(fā)流程的仿真體系。在裝置應(yīng)用期間，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的荷載（基礎(chǔ)試驗(yàn)參數(shù)）會在車體上直接模擬出，所以易產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)。

3.1模擬車體的有限元分析

通過有限元分析思路，需營造ANSYS Work-bench 14.5的分析環(huán)境，借助有限元分析，模擬車體的總變形量，在此基礎(chǔ)上得出等效應(yīng)力從實(shí)踐中看出，模擬小車的最大變形較為集中，主要在荷載施加處。基于此，在現(xiàn)實(shí)操作中，施加模擬小車荷載時，需綜合考慮液壓缸活塞的接觸面積問題。提出可行改進(jìn)方案，通過在端面套上法蘭盤，增大接觸面積。再借助計(jì)算機(jī)仿真手段，獲得改良后的真實(shí)數(shù)據(jù)。改進(jìn)后的車體，縮小了最大變形，同時等效應(yīng)力也得到了控制。從以上結(jié)果可以看出，改進(jìn)后的零件設(shè)計(jì)趨于理想。

3.2路基的有限元分析

路基面層三維模型具有重要作用，在ANSYS Workbench中生成后，將會指引設(shè)置出路基的參數(shù)。從以往研究成果中得知，路基面層的密度相對穩(wěn)定，基本為1100 kg/m，與此同時材料為瀝青。在掌握相關(guān)信息后，便可以在Engineering Data中完成科學(xué)參數(shù)的設(shè)置。操作中，需要將路基面層三維模型導(dǎo)入，設(shè)置有效的面層材料（借助ANSYS良好環(huán)境），科學(xué)、細(xì)致劃分網(wǎng)格。在有限元分析中，為了使分析結(jié)果更逼真，更加接近于實(shí)際情況，科學(xué)思路是進(jìn)行路基多點(diǎn)分析，確保分析結(jié)果精確度高，避免干擾因素的影響。

針對以上的分析結(jié)果，要提取出關(guān)鍵數(shù)值，分別是應(yīng)點(diǎn)的最大變形以及對應(yīng)的最大應(yīng)力。通過這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，繪制模擬小車應(yīng)力變化圖（在不同路基位置）。在試驗(yàn)環(huán)節(jié)中，需對其結(jié)果進(jìn)行靜態(tài)液壓載荷施加，然后利用仿真手段，完整繪制變化趨勢圖，并進(jìn)行不同點(diǎn)位的比對。通過比對后發(fā)現(xiàn)，采用荷載施加方法得到的仿真結(jié)果可靠性較高，比較貼合實(shí)際的結(jié)果，兩者呈現(xiàn)的變化趨勢相同。但在實(shí)際操作中，仿真值與真實(shí)值在應(yīng)用期間有一定的擬合性，這一點(diǎn)不容忽視。由此可以得出，利用有限元方法操作上比較方便，可確保受力分析精準(zhǔn)（路基的），同時全面掌握變形情況，在實(shí)際應(yīng)用中有限元分析具有一定的切實(shí)可行性。

4結(jié)論

本文研究的內(nèi)容是汽車道路耐久試驗(yàn)的載荷配置裝置如何進(jìn)行加載試驗(yàn)的問題，希望借此提升載荷配置裝置自動化能力，分析路面荷載的情況以及對路基的影響。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)中，借助仿真技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)施精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)裝置配置。實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)中，為了確保裝置使用效果理想，特采用了有限元分析的高質(zhì)量方法，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。再通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出荷載對路基的影響規(guī)律。

本次裝置研究主要結(jié)論如下：（1）荷載施加實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，可真實(shí)模擬路面變形，掌握荷載真實(shí)情況。（2）有限元分析技術(shù)的高效滲透，對交變載荷實(shí)施了仿真分析，得出的結(jié)果非?？煽?。（3）該裝置配置方法可用于分析道路變形，推廣價值較高。

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[2]曹立輝，董新年.汽車加速耐久試驗(yàn)方法研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（12）：23-24.DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2021.12.010.

作者簡介：

喬永平（1985年4月16日—），男，漢族，內(nèi)蒙古自治區(qū)扎蘭屯市人，在職研究生，工程師，研究方向整車試驗(yàn)驗(yàn)證。