7基于威布尔分布的汽车底盘件B值寿命评估与应用实例.pdf

ww, xue LULU.ceom
判出业自や心
基于威布尔分布的汽车底盘件B值寿命评估与应用实例
Research on steel yield and tensile strength distribution law and parameters
张新峰
ZHANG Xin-feng
(中国汽车技术研究中心,天津300300)
摘要:汽车底盤件的可靠性寿命是汽车安全的重要组成部分,而B值寿命是当前阶段被广泛应用的评
价指标。针对底件的试验室疲劳可靠性寿命评价,建立一套基于威布尔理论的疲劳可靠性B
值寿命评估方法,井应用到实际测试工作,给出产品可靠性B值寿命分析结果,为汽车底盘零
部件的疲劳可靠性寿命评估提供参考。
关键词:汽车底盛件;威布尔;B值寿命;可靠性
中图分类号:U467.3
文献标识码:A
文章编号:1009-0134(2015)09(上)-0067-03
Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2015.09(上).19
0引言
F(t)为故障密度分布函数:t为故障时间;t为分布
近年来,汽车行业发展迅猛,市场对整车舒适性和
起始点或原点;η为特征寿命或尺度参数;β为斜率或
安全性的要求也愈来愈高。汽车底盘系统作为汽车整体
形状参数;e为自然常数。
结构的重要组成部分,其安全性尤其可靠性方面是整车
F()定义了在时间将要发生故障的一组部件的累计概
安全性能的重要评价依据。
率,则1-F为没有发生故障的概率,用可靠度R)表示。
目前,针对底盘零部件的疲劳寿命验证,多数汽车
R()=e
(-4)/n)°
企业或零部件供应商只是对少数零部件进行试验验证,
威布尔分析的研究是通过在威布尔概率图上绘制单
测试通过设计寿命即可。但在实际使用过程中,汽车底
失效模式的寿命数据来研究部件的寿命时间和它的可
盘零部件受力情况复杂,环境条件恶劣,单个设计寿命靠度之间的关系。
或试验室测试寿命都不足以充分显示其可靠性寿命。整
β=1.4
车可靠性测试,成本太高,是其最大短点。汽车部分行
业标准规定,汽车底盘件的疲劳寿命要满足寿命B值寿
99009??
命要求。B、是指指定的时间区域或里程内,x%的样本
达到所规定的失效或者检修的指标。B值寿命的评估
120,Q(0-89.10
是在威布尔分布的基础上进行的可靠性寿命评估,是汽
P组1-93,?(-756%
车行业应用较广的方法。但B值寿命的计算方法复杂,
nT
50000
75,a-57,86
是阻碍其正常应用的难点。
5,0421%
本文以汽车底盘件中转向节为研究对象,依托试?
4,Q()=26.44%
验室液压伺服可靠性系统实测数据,以威布尔理论为基
础,对其疲劳寿命进行威布尔分布的参数估计,建立合51000
=16,Q(=1091%
理可行的B值寿命计算方法,以期对汽车底盘零部件的
可靠性寿命预测和测试判定提供参考。
5000
1威布尔理论介绍
威布尔分布是随机变量分布之一,利用概率值推
导出其分布参数,被广泛应用到各种寿命试验的数据处
1000
10000
100000
1000.000
理,也是失效数据分析中应用最广泛的分布之一
ime, (t)
威布尔分布在数学上可定义如下:
=76
F()=1
(1-o)/
图1威布尔概率图
收日期:2015-04-10
作者简介:张新峰(1988-),男,工程师,硕土研究生,研究方向为汽车安全性测试与评估。
第37卷第9期2015-09(上)[67
图1为威布尔概率图,其中横坐标为时间t,纵坐标
为对应的累计概率。直线的斜率为β,其值不同,代表
F
不同的失效类别,并对应不同的失效原因
轮胎滚动半径
2可靠性B值寿命算法
B值寿命通过威布尔累积概率密度分布函数来求
得。威布尔故障密度分布函数表达式:
F()=1
则,可靠度函数R(の=1-F(の)=e)。
t为分布原点,在此令t=0,得:
(3
两边取对数,求得:
图2加载条件
In In
Bint-b Inn
F(L
将上式用直线方程表示,Y=BX+A。
Y=InIn(
F(
(5
X=In()
B=β
A=-binn
(8)
针对直线方程,用最小二乘法求得估计值B
∑X∑)
YY
图3试验照片
B
X
∑
纹、断裂等失效形式。再将试验载荷增至1.6倍继续进
行试验50万次,转向节局部出现裂纹、断裂等失效形
∑x-8!
(10)式。试验过程中,任一阶段出现样品出现裂纹且长度大
将其代入上式求得β和门值,得威布尔故障密度分
于10mm,或样品出现断裂,则样品失效,试验停止。
布函数表达式。
按照试验要求,对10件样品依次进行试验,样品编
对B值寿命(以B为例),令
号和相应试验寿命如表1所示。
-(/n))
表1试验样品寿命
%=F()
样品编号
样品寿命万次
求得即为B、寿命,它表示x%的样本达到所规定的
失效标准指标时,所用时间或寿命为t。
200.0
2
125.7
3试验寿命评估及分析
159.4
汽车转向节是底盘系统中重要零部件。某汽车公司
4
168.9
要对转向节部件进行疲劳耐久试验,以验证其疲劳可靠
性能。样品数量为10件,在底盐可靠性试验系统上利用
165.0
液压伺服进行单载荷疲劳寿命试验,加载条件和台架试
152.4
验如下
202.1
试验条件:按标准要求(满足力矩要求)固定样
8
152.6
品,试验载荷士3900N,加载频率5Hz。100万次试验
9
108.8
后,检査转向节有无裂纹、断裂等失效形式。将试验
10
100.0
载荷增至1.1倍继续进行试验70万次,转向节未出现裂
【68】第37卷第9期2015-09(上)