探索常见的试验加速策略与方法

零部件的耐久试验通常耗时且代价高昂，试验加速技术应运而生。

以下摘录自：Andrew Halfpenny, nCode International Ltd., Methods for accelerating dynamic durability tests.

• 载荷幅值放大法

载荷幅值放大法将输入时间信号的幅值缩放适当的量，以减少测试持续时间。缩放后的载荷将以指数方式缩短测试持续时间。

其中b是材料S-N曲线的斜率。

使用此方法时需要相当小心，以确保载荷不会过度缩放。许多研究报告称，使用缩放法后，试验更保守部件的实际寿命更长。当构件出现局部塑性应变，从而改变失效点的载荷路径时，就会发生这种情况。

工程师必须始终确保比例系数有足够的裕度，以避免过度加速。该方法适用于需要抵抗偶发高负载事件，且需要对低幅负载进行疲劳试验的部件。在这种情况下，可以在不超过设计包线的情况下显著缩放低幅负载。

材料参数“b”通常受疲劳失效区域应力集中的影响，该方法对参数b的选择非常敏感。由于该方法保持了频率、相位和序列，适用于多轴或单轴载荷下的动态及准静态试验。

• 峰谷提取法

如果试验对象对载荷的响应是准静态的，那么频率就不再重要，可以从时间信号中去除。如图所示，通过移除不构成转折点（局部最大值或最小值）的点来实现。测量数据应以信号最大频率的10倍进行采样，以确保足够的分辨率。较低的采样率将导致失真。由于不需要频率信息，我们现在可以删除这些中间值，从而将载荷谱数据压缩至少10倍，而不会减少任何损伤影响。这种技术被称为“峰谷”提取，因为它只提取构成疲劳循环的峰谷。通过忽略低于材料耐久极限的小幅值循环，可实现进一步的时间压缩。常用的做法是去除幅值小于最大幅值10%的所有循环。

峰谷负荷序列包含幅值和序列信息，但不考虑多通道间的频率或相位。因此，建议仅用于准静态部件上的单轴荷载，并且仅适用于台架上的以位移为控制变量的试验。它不适用于需要考虑惯性的试验。它是理想的输入到静力学有限元模型中的载荷谱，并可以作为试验台架的驱动信号。在台架试验时，用户必须注意确保产生的加速度不会过高。这种方法可以进一步加速负载放大法；然而，试验工程师必须了解使用这种方法时所需的预防措施，以避免过度放大。

• 载荷块排序法

在疲劳试验中，序列效应通常是次要的，如果只提取对疲劳损伤有贡献的循环，试验时间可以大幅度压缩。使用雨流计数可以获得载荷块的等效载荷序列。处理后的载荷序列将以精简的形式进行表达，常用的格式有以下4种：

1.循环最大值、循环最小值、循环次数；

2.循环范围、循环平均值、循环次数；

3.循环范围、R值、循环次数；

4.循环幅值、循环次数。

有时平均应力效应也被忽略，循环幅值和循环次数就可以用于简单的载荷块重构，重构后的载荷块具有与原始载荷块相同的损伤贡献，并且重构后的载荷块长度很短，对于台架试验更加易用更加节省时间。

• 多轴峰谷提取法

多轴峰谷提取与前文的峰谷提取方法相似，但同时考虑所有通道。因此，如果在任何通道中发现峰值或谷值，则相应的数据点将保留在所有其他通道中，从而保持相位。下图2个正弦波的例子说明了这一处理方法。

• 加载频率升高法

如果部件对载荷的响应是准静态的，增加载荷的频率将缩短试验持续时间，但需要确保频率增加不会导致动态响应增大。因此，需要保证最大载荷频率不超过部件最低固有频率的1/3。在尝试这种加速之前，有必要对部件进行固有模态分析。该方法仅适用于基于物理样件的台架试验，不适合有限元分析。

• 与损伤关联的时域信号编辑法

这种方法能够保持时间信号的所有特性，因此为试验加速提供了最精细的方法。它适用于多个输入通道和结构响应，适用于需要考虑惯性的部件和准静态加载部件。该方法区分了输入载荷（驱动信号）和在临界疲劳点附近测得的响应载荷。输入载荷可表示为位移、力或加速度；而响应通常用应变来表示。使用记录循环开始和结束时间的时间相关雨流计数法分析临界疲劳载荷。计算每个循环的损伤，一半损伤用于起点，一半损伤用于终点。然后，信号在时间上被分成若干载荷块。包含可忽略损伤的载荷块都将从驱动信号中去除。

拼接载荷块时必须小心，以避免瞬态冲击的可能性。在这种情况下，软件在提取部分的开始和结束处应用窗函数，在区域之间维持频率、相位和振幅的连续性。典型的加速程度为50-80%。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删