一种转向节的动态载荷校核方法、装置及计算机存储介质与流程

本发明涉及转向节技术领域，特别是涉及一种转向节的动态载荷校核方法、装置及计算机存储介质。

背景技术：

转向节作为汽车底盘上非常重要的安全件之一，不仅要承受地面通过轮胎对其的作用力，而且起到连接汽车车身、悬架系统、前车轴、转向系统、制动器的桥梁枢纽作用。转向节恶劣的工作环境和特殊功能决定了其具有重要地位，尤其是当汽车在行驶过程中，易受到横向的冲击载荷而发生变形、断裂，严重时还会导致交通事故的发生，因此，要求其具有较高的抗冲击强度。然而，现有对转向节的抗冲击性能进行校核的方法主要有两种：一种是虚拟冲击分析方法，其基于有限元技术模拟冲击过程，具有高效率、低成本的特点；另一种是试验冲击方法，其基于试验样品的冲击强度性能验证，是验证产品的一种常用的手段。然而，虚拟冲击分析方法只考虑应力应变的关系，并未考虑应变率对材料硬化作用和温度对结构的软化效应，而试验冲击方法需要台架和样件，费时费力，效率低。因此，上述方法存在难以准确预测转向节的抗冲击性能和提前发现风险位置等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种转向节的动态载荷校核方法、装置及计算机存储介质，能够准确预测转向节的抗冲击性能，并提前发现风险位置以为优化设计提供帮助。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种转向节的动态载荷校核方法，所述方法包括：

获取在不同温度和不同应变率下的圆棒拉伸试验对应所获得的多个等效应力和多个有效断裂应变；其中，所述圆棒的材料与转向节的材料相同；

根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力拟合应力、应变率与温度的关系式；

根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式；

根据所述应力、应变率与温度的关系式以及有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟，并运用有限元算法计算用于表征不同载荷级别的累积损伤参数。

作为其中一种实施方式，所述根据所述应力、应变率与温度的关系式以及有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟，并运用有限元算法计算用于表征不同载荷级别的累积损伤参数，包括：

根据所述应力、应变率与温度的关系式以及有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，结合重启动技术和结构应力初始化控制策略，采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟，并运用有限元算法计算用于表征不同载荷级别的累积损伤参数。

作为其中一种实施方式，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力拟合应力、应变率与温度的关系式，包括：

根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力对关系式

进行拟合；其中，表示等效应力，a为材料单向拉伸时的屈服极限值，b为应变硬化系数，n为硬化指数，c为应变率敏感指数，m为温度软化系数，为等效应变，为无量纲化等效塑性应变率且，为参考应变率，为无量纲化温度，tr、tm分别为参考温度和材料的熔点，t为材料的当前温度。

作为其中一种实施方式，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力拟合应力、应变率与温度的关系式之前，还包括：

获取在参考应变率、参考温度下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的材料单向拉伸时的屈服极限值a、应变硬化系数b和硬化指数n；以及，

获取在不同应变率、不同温度下的圆棒单向拉伸试验所获得的应变率敏感指数c和温度软化系数m。

作为其中一种实施方式，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，包括：

根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变对关系式和进行拟合；其中，d1、d2、d3为应力三轴度影响参数，d4为应变率敏感系数，d5为温度敏感系数，为应力三轴度且，为静水压力且，d为累积损伤参数，为积分循环期间的等效塑性应变增量，为当前的有效断裂应变。

作为其中一种实施方式，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式之前，还包括：

获取在参考应变率、参考温度下的光滑圆棒缺口试件静态拉伸试验、光滑圆棒扭矩试验所获得的应力三轴度影响参数d1、d2、d3。

作为其中一种实施方式，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式之前，还包括：

获取在参考温度、不同应变率下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的应变率敏感系数d4；

获取在参考应变率、不同温度下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的温度敏感系数d5。

第二方面，本发明实施例提供了一种转向节的动态载荷校核装置，所述装置包括处理器以及用于存储程序的存储器；当所述程序被所述处理器执行，使得所述处理器实现第一方面所述的转向节的动态载荷校核方法。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现第一方面所述的转向节的动态载荷校核方法。

本发明实施例提供的转向节的动态载荷校核方法、装置及计算机存储介质，所述方法包括：获取在不同温度和不同应变率下的圆棒拉伸试验对应所获得的多个等效应力和多个有效断裂应变；其中，所述圆棒的材料与转向节的材料相同；根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力拟合应力、应变率与温度的关系式；根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式；根据所述应力、应变率与温度的关系式以及有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟，并运用有限元算法计算用于表征不同载荷级别的累积损伤参数。如此，本发明实施例提供的转向节的动态载荷校核方法中，考虑了结构应力在不同应变率下的硬化效应、不同温度下的软化行为，同时考虑了应力三轴度、应变率、温度对转向节结构损伤行为的影响，特别是转向节结构在多次冲击载荷作用下的累积损伤的影响，更加全面的考虑转向节的承载范围和转向节结构的自身特性，以准确反应出转向节受到冲击载荷后的损伤累积断裂行为，能够准确预测转向节的抗冲击性能，并提前发现风险位置以为优化设计提供帮助。同时，操作便捷，效率高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种转向节的动态载荷校核方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中转向节侧向冲击测试装置的结构示意图。

图3为本发明实施例中冲击次数与累积损伤之间的关系示意图。

图4为本发明实施例提供的一种转向节的动态载荷校核装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1，为本发明实施例提供的一种转向节的动态载荷校核方法的流程示意图，该转向节的动态载荷校核方法可以由本发明实施例提供的一种转向节的动态载荷校核装置来执行，该转向节的动态载荷校核装置可以采用软件和/或硬件的方式来实现，该转向节的动态载荷校核方法包括以下步骤：

步骤s101：获取在不同温度和不同应变率下的圆棒拉伸试验对应所获得的多个等效应力和多个有效断裂应变；其中，所述圆棒的材料与转向节的材料相同；

这里，所述不同温度和所述不同应变率可以根据实际情况需要进行设置，比如，所述温度可以从一设定温度开始，逐步增加，每次增加一设定值。

步骤s102：根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力拟合应力、应变率与温度的关系式；

具体地，根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力对关系式

进行拟合；其中，表示等效应力，a为材料单向拉伸时的屈服极限值，b为应变硬化系数，n为硬化指数，c为应变率敏感指数，m为温度软化系数，为等效应变，为无量纲化等效塑性应变率且，为参考应变率，为无量纲化温度，tr、tm分别为参考温度和材料的熔点，t为材料的当前温度。

这里，所述参考应变率、参考温度tr和材料的熔点tm可以预先获取得到。在一实施方式中，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个等效应力拟合应力、应变率与温度的关系式之前，还包括：获取在参考应变率、参考温度下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的材料单向拉伸时的屈服极限值a、应变硬化系数b和硬化指数n；以及，获取在不同应变率、不同温度下的圆棒单向拉伸试验所获得的应变率敏感指数c和温度软化系数m。如此，实现转向节结构的应力不仅考虑到应变的影响，还考虑了不同应变率、温度之间的影响，从而实现考虑了结构应力在不同应变率下的硬化效应、不同温度下的软化行为，进一步提高了预测转向节的抗冲击性能的准确性。其中，所述获取在参考应变率、参考温度下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的材料单向拉伸时的屈服极限值a、应变硬化系数b和硬化指数n，包括：根据在参考应变率、参考温度下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的等效应力，推导计算获得应变硬化系数b和硬化指数n。

步骤s103：根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式；

具体地，根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变对关系式和进行拟合；其中，d1、d2、d3为应力三轴度影响参数，d4为应变率敏感系数，d5为温度敏感系数，为应力三轴度且，为静水压力且，d为累积损伤参数，为积分循环期间的等效塑性应变增量，为当前的有效断裂应变。

这里，所述、和表示三个主应力，可以在试验中通过测量获得。在一实施方式中，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式之前，还包括：获取在参考应变率、参考温度下的光滑圆棒缺口试件静态拉伸试验、光滑圆棒扭矩试验所获得的应力三轴度影响参数d1、d2、d3。在一实施方式中，所述根据所述不同温度、所述不同应变率和对应的所述多个有效断裂应变拟合有效断裂应变与累积损伤参数的关系式之前，还包括：获取在参考温度、不同应变率下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的应变率敏感系数d4；获取在参考应变率、不同温度下的光滑圆棒静态拉伸试验所获得的温度敏感系数d5。如此，对转向节结构的塑性断裂失效行为，全面地考虑了应力三轴度、应变率、温度对塑性应变断裂影响，即考虑了应力三轴度、应变率、温度对结构损伤行为的影响，进一步提高了预测转向节的抗冲击性能的准确性。

步骤s104：根据所述应力、应变率与温度的关系式以及有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟，并运用有限元算法计算用于表征不同载荷级别的累积损伤参数。

具体地，根据所述应力、应变率与温度的关系式以及有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，结合重启动技术和结构应力初始化控制策略，采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟，并运用有限元算法计算用于表征不同载荷级别的累积损伤参数。

可以理解地，本实施例中可搭建一转向节侧向冲击测试装置的模型，用以采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟。所述载荷级别可以根据实际情况需要进行设置，比如可以设置为10级或20级等，级别不同，对转向节进行冲击的载荷大小不同。这里，根据所述应力、应变率与温度的关系式以及有效断裂应变与累积损伤参数的关系式，结合重启动技术和结构应力初始化控制策略，能够把每一个级别的载荷冲击损伤值继承至下一步，从而实现累积损伤行为。需要说明的是，针对累积损伤参数可设定一断裂准则，该断裂准则可以是当材料的累积损伤参数d大于1时，会发生断裂失效。

综上，上述实施例提供的转向节的动态载荷校核方法中，考虑了结构应力在不同应变率下的硬化效应、不同温度下的软化行为，同时考虑了应力三轴度、应变率、温度对转向节结构损伤行为的影响，特别是转向节结构在多次冲击载荷作用下的累积损伤的影响，更加全面的考虑转向节的承载范围和转向节结构的自身特性，以准确反应出转向节受到冲击载荷后的损伤累积断裂行为，能够准确预测转向节的抗冲击性能，并提前发现风险位置以为优化设计提供帮助。同时，操作便捷，效率高。

基于前述实施例相同的发明构思，本实施例通过具体示例对前述实施例的技术方案进行详细说明。本实施例提供的转向节的动态载荷校核方法包括以下过程：

首先，确定转向节侧向冲击载荷；

这里，可搭建一转向节侧向冲击测试装置的模型，用以采用设置的载荷级别对转向节进行冲击模拟。参见图2，该转向节侧向冲击测试装置可包括冲击锤的冲头1、冲击垫块2、加载板夹具组3、转向节4、支柱结构5、上臂连接结构6、下臂固定底板7、转向臂8、转向臂底座9、下臂连接块10、第一下臂连杆11、第二下臂连杆12、第一下臂底座13、第二下臂底座14、固定底板15。冲击校核需保证转向节与轮毂正确的装配，同时还包含代替减振器、下摆臂、转向拉杆和车轮的工装件，保证各工装件的硬点与实车装配一致，各紧固件扭矩跟设计的要求一致，载荷输入点为轮胎接地点。

同时，冲击载荷根据冲击能量比i取值计算获得，其中i=(m*h)/(g*r)，m为冲击锤的质量，对应单位为千克；h为冲击锤的高度，对应单位为米；g为满载轮荷，对应单位为千克；r为轮胎的滚动半径，单位为米；i从小到大可分别取0.1、0.2、0.3……1，根据i的取值不同，载荷分别取十个级别。当m、g、r、i已知后，根据上述公式可获得不同级别载荷对应的冲击锤的冲击高度h，完成冲击后的转向节不能出现裂纹或发生断裂失效，否则判定转向节结构不满足。

其次，构建应力、应变率、温度之间关系式中的参量值；

这里，结构材料的流动应力、应变、温度的关系式如下：

进行拟合；其中，表示等效应力，a为材料单向拉伸时的屈服极限值，b为应变硬化系数，n为硬化指数，c为应变率敏感指数，m为温度软化系数，为等效应变，为无量纲化等效塑性应变率且，为参考应变率，为无量纲化温度，tr、tm分别为参考温度和材料的熔点，t为材料的当前温度。

这里，参数a、b、n可以通过参考应变率、参考温度下的光滑圆棒静态拉伸试验获得，a一般为材料单向拉伸时的屈服极限值，应变硬化系数b和硬化指数n可通过参考应变率、参考温度下的等效应力应变数据推导出来。应变率敏感指数c和温度软化系数m可通过不同应变率、不同温度下圆棒单向拉伸试验获得。

其次，确定材料断裂准则和累积损伤关系式中的参量值；

在断裂准则中，有效断裂应变表达如下：

其中，d1、d2、d3为应力三轴度影响参数，d4为应变率敏感系数，d5为温度敏感系数，为应力三轴度且，为静水压力且，、和表示三个主应力。断裂准则认为当材料的累积损伤参数d大于1时就会发生断裂失效，其中，，为积分循环期间的等效塑性应变增量，为当前时间步下的有效断裂应变。

这里，在参考应变和参考温度下，断裂应变与应力三轴度的关系变为，因此d1、d2、d3可以通过执行参考应变率和参考温度下不同应力三轴度实验来获得，不同的应力三轴度可通过压缩、剪切和缺口试件拉伸试验实现。在参考温度下，断裂应变与应变率的关系为，应变率影响常数d4能通过参考温度下不同应变率拉伸试验获得。在参考应变率下和同样的应力三轴度下，断裂应变和温度的关系变为，同样地，执行一系列同样应力三轴度和参考应变率下不同温度的实验，获得断裂应变，拟合断裂应变-温度实验数据可以得到温度影响参数d5。

最后，基于动态显式多次冲击的累积损伤数值模拟计算。

这里，通过试验数据拟合出相应材料的流动应力、应变、温度的关系式和有效断裂准则的关系式中各个参数值后，在有限元显式求解器程序中，输入结构材料的关系式进行冲击数值模拟计算，利用重启分析技术和应力初始化控制，得到结构的多次冲击损伤累积值。参见图3，为冲击次数与累积损伤之间的关系示意图，冲击次数可以看作是载荷级别，从图3中可以看出累积损伤随冲击次数增加的变化关系，随着冲击次数和冲击能量的增加，累积损伤逐步增加，表现为曲线的斜率增大，更加符合实际情况。

上述过程具体可描述为以下步骤：1）进行不同温度下圆棒拉伸试验，不同应变率的光滑圆棒拉伸试验，缺口试件静态拉伸试验或者光滑圆棒扭转试验、分离式霍普金森压杆试验；2）通过试验数据构建应力、应变、温度之间关系式中的参量值；3）通过室温下不同应变率的光滑圆棒拉伸试验，缺口试件静态拉伸试验或者光滑圆棒扭转试验，确定应力三轴度关系式各参数，从而推导断裂应变关系式中的各参数值；4）基于有限元动态显式求解原理，利用数值模拟重启动技术和结构应力初始化控制，把每一个级别的载荷冲击损伤值继承至下一步，从而实现累积损伤行为，预测结构抗冲击性能和结构的风险区域。

综上，上述实施例提供的转向节的动态载荷校核方法中，规范了侧向冲击工况要求、能量比i的关系式及载荷级别；搭建了一个新的转向节的累积冲击损伤参量，结构的流动应力不仅考虑应变的影响，还考虑了不同应变率、温度之间的影响；同时对结构的塑性断裂失效行为，全面地考虑了应力三轴度、应变率、温度对塑性应变断裂影响；对结构的多次冲击行为，考虑了结构的累积损伤效应；进行结构显式动态分析时，数值模拟分析采用重启技术和应力初始化控制，可把每一级别载荷的冲击损伤累积到下一步；更全面反映了转向节在不同大小载荷作用下的累积损伤断裂行为，从而更精准可靠地反应转向节结构耐冲击性能。如此，考虑了结构应力在不同应变率下的硬化效应、不同温度下的软化行为，同时考虑了应力三轴度、应变率、温度对结构损伤行为的影响，特别是结构在多次冲击载荷作用下的累积损伤的影响，更加全面的考虑转向节的承载范围和结构的自身特性，反应转向节受到冲击载荷后的损伤累积断裂行为，可应用于汽车悬架等其它结构在不同载荷冲击作用下的累积损伤断裂性能的预测和设计指导。

基于前述实施例相同的发明构思，本发明实施例提供了一种转向节的动态载荷校核装置，如图4所示，该装置包括：处理器110和用于存储能够在处理器110上运行的计算机程序的存储器111；其中，图4中示意的处理器110并非用于指代处理器110的个数为一个，而是仅用于指代处理器110相对其他器件的位置关系，在实际应用中，处理器110的个数可以为一个或多个；同样，图4中示意的存储器111也是同样的含义，即仅用于指代存储器111相对其他器件的位置关系，在实际应用中，存储器111的个数可以为一个或多个。所述处理器110用于运行所述计算机程序时，实现上述所述的转向节的动态载荷校核方法。

该装置还可包括：至少一个网络接口112。该装置中的各个组件通过总线系统113耦合在一起。可理解，总线系统113用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统113除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图4中将各种总线都标为总线系统113。

其中，存储器111可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（rom，readonlymemory）、可编程只读存储器（prom，programmableread-onlymemory）、可擦除可编程只读存储器（eprom，erasableprogrammableread-onlymemory）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom，electricallyerasableprogrammableread-onlymemory）、磁性随机存取存储器（fram，ferromagneticrandomaccessmemory）、快闪存储器（flashmemory）、磁表面存储器、光盘、或只读光盘（cd-rom，compactdiscread-onlymemory）；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器（ram，randomaccessmemory），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器（sram，staticrandomaccessmemory）、同步静态随机存取存储器（ssram，synchronousstaticrandomaccessmemory）、动态随机存取存储器（dram，dynamicrandomaccessmemory）、同步动态随机存取存储器（sdram，synchronousdynamicrandomaccessmemory）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（ddrsdram，doubledataratesynchronousdynamicrandomaccessmemory）、增强型同步动态随机存取存储器（esdram，enhancedsynchronousdynamicrandomaccessmemory）、同步连接动态随机存取存储器（sldram，synclinkdynamicrandomaccessmemory）、直接内存总线随机存取存储器（drram，directrambusrandomaccessmemory）。本发明实施例描述的存储器111旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本发明实施例中的存储器111用于存储各种类型的数据以支持该装置的操作。这些数据的示例包括：用于在该装置上操作的任何计算机程序，如操作系统和应用程序；联系人数据；电话簿数据；消息；图片；视频等。其中，操作系统包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序可以包含各种应用程序，例如媒体播放器（mediaplayer）、浏览器（browser）等，用于实现各种应用业务。这里，实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序中。

基于前述实施例相同的发明构思，本实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机存储介质可以是磁性随机存取存储器（fram，ferromagneticrandomaccessmemory）、只读存储器（rom，readonlymemory）、可编程只读存储器（prom，programmableread-onlymemory）、可擦除可编程只读存储器（eprom，erasableprogrammableread-onlymemory）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom，electricallyerasableprogrammableread-onlymemory）、快闪存储器（flashmemory）、磁表面存储器、光盘、或只读光盘（cd-rom，compactdiscread-onlymemory）等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备，如移动电话、计算机、平板设备、个人数字助理等。所述计算机存储介质中存储的计算机程序被处理器运行时，实现上述所述的转向节的动态载荷校核方法。所述计算机程序被处理器执行时实现的具体步骤流程请参考图1所示实施例的描述，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。