车辆发动机载荷谱加重方法

发动机工况频繁变化，气缸盖温度随发动机工况变化也不断改变。小的工况变化造成的气缸盖温度变化以及对气缸盖损伤的影响很小，但在运行阶段的占比一般较高，试验或者仿真计算时会耗费大量时间，对载荷谱进行简化或加重处理是一种缩短试验周期和计算时间的有效方法。加重的方法即利用典型的对气缸盖损伤较大的载荷循环来取代这些小的工况变化产生的载荷循环。按照对结构损伤的影响程度，载荷循环通常可以分为主循环和次循环两种。

主循环（又称基准循环）是用来衡量疲劳损伤的一个度量单位，是人为选定的。主循环的选定原则：从疲劳损伤的角度，选择使用中经常出现的疲劳损伤较大的代表循环；从累计损伤的角度来看，这种循环的总损伤在各种任务剖面的总损伤中或寿命总消耗中占主导地位。通常选择零－最大应力（应变）－零循环为主循环，对发动机而言即起动－额定工况－停车的过程。次循环是造成损伤相对较小的循环，对应发动机运行中的变负荷或变转速等过渡工况过程，其中，怠速工况－额定工况－怠速工况的载荷循环属于最大次循环。

主循环的峰值大小以及最大次循环的峰值大小和频次是要首先考虑的。在此，对气缸盖温度谱加重时，只考虑主循环和最大次循环，对其他幅值较小的次循环不予考虑。通过设定适当的阈值来过滤较小的载荷循环，将较大的载荷循环所对应的频次作为最大次循环的频次。这样既可以起到载荷谱的加重作用，又可以有效缩短载荷谱的总循环次数或总时长。滤除小的载荷循环后得到相应的有效功率谱如图10－24所示，其雨流计数结果如图10－25、图10－26所示。

图10－24　滤除小载荷循环后的发动机有效功率谱

图10－25　From－To形式计数结果（书后附彩插）(www.xing528.com)

通过雨流计数得到滤除小载荷循环后保留的较大载荷循环次数为13次，该发动机一次起动－运行－停车全过程的气缸盖温度谱如图10－27所示。

图10－26　Range－M ean形式计数结果（书后附彩插）

图10－27　加重后的气缸盖温度谱

对温度谱进行加重后，一个完整“起－运－停”循环所需的时间至少缩短了一半。在此基础上，进一步编制可以用于台架试验或者可靠性设计研究的温载谱，以更加全面地反映气缸盖的受载情况。