载荷识别专用工具案例集锦

   True-Load作为识别机械产品“真实载荷”的专业工具，经过了大量的工程实践检验，在此，汇总TrueLoad典型应用案例与您分享：

• 起重机吊杆—滑移接触力的载荷谱

项目客户：Terex，美国

项目描述：起重机在工作时，其滑移吊杆之间的作用力也很大，本项目意在了解此滑移接触力。在滑移的不同部位都定义上Unit Load，True-Load 可计算出不同时刻 Unit Load 的不同数值，未受载的 Unit Load 均为 0。通过True-Load识别出滑动过程臂架的载荷，为进一步的强度分析和疲劳分析确定可信的载荷谱。

•  挖掘机力臂—载荷谱

项目描述：CNH，挖掘机在工作时，其力臂是运动机构，载荷方向是变化的，需要定义成分量进行识别。本项目使用 True-Load 成功识别了挖掘机力臂在工作中的载荷变化情况。通过True-Load找到臂架上的载荷，进一步求得臂架上的应变场分布，为准确地疲劳分析奠定基础。

• 推土机

项目描述：本项目使用 True-Load 成功识别了推土机车斗及轴的受载变化情况，并额外预留一个测点（Gauge 19）的实测应变数据，用以验证所识别载荷的准确率。

-  通过True-Load规划应变片的位置和方向；

-  根据推土机工作过程应变历程，准确地找到铲斗上的载荷，用于有限元分析。

• 铲运机

项目客户：K-Tec

项目描述：在产品设计时通过测量数据采用True-Load确定系统的载荷时程，进一步计算疲劳寿命，基于载荷时程进行优化设计。

• 曲轴—问题重现

项目客户：百力通，美国

项目描述：百力通某发动机曲轴发生了疲劳断裂问题，由于发动机曲轴是旋转机械，其载荷测量比较困难。本项目实测出曲轴实际工况下几个测点的应变，使用 True-Load 识别出各种工况载荷准确的载荷谱，进而实现了准确的疲劳仿真，重现了曲轴的疲劳断裂问题。基于 True-Load 所识别出的实际工况载荷，还可实现产品的准确快速设计改进。

• Ariens 割草机底座—设计改进

项目客户：Ariens，美国

项目描述：Ariens 割草机为提高通气性能，需要改进底座上的通气孔设计。Ariens 的工程师根据经验和传统 CAE 手段设计了改进方案 1（图示 Iteration #1），但该方案试制的底座未能通过疲劳试验（要求能够振动 12 个小时，但只振动到 10 小时即产生了破坏）。

本项目测出割草机底座实际工况下几个测点的应变，使用 True-Load 识别出实际所受的振动载荷谱，基于此“真实”的载荷谱使用True-QSE 进行底座的设计改进以及快速地设计评估，在一个星期内即完成了多个新方案的设计、评估、优选，最终优选的方案成功通过了测试要求，即改善了通气性能，也满足了结构疲劳强度要求。   

• Trek竞技自行车—载荷

项目客户：Trek，美国

项目描述：随着山地车竞技极限运动的兴起，对自行车厂商的车身强度提出了越来越高的要求。Trek 自行车以前在试验室中通过施加 5338N 的载荷来检测车身的强度，现在他们需要了解自行车在一些极限工况下的真实受载来修正他们的测试。

本项目设计了一个工况：自行车从 2 米高的木板上掉下。通过实测应变并使用 True-Load 识别出其冲击载荷达到 8663N，而在极限运动中自行车的冲击高度远不只 2 米，根据此项目所识别的自行车真实受载数据，Trek 将修正他们的强度测试方案。

• 发动机悬置支架

项目客户：Chrysler，美国

项目描述：本项目意在识别发动机的橡胶悬置及其金属支架之间的相互作用载荷。由于悬置是非线性橡胶材料，因此只能在金属支架上贴应变片，但是所识别的载荷是悬置与支架之间的相互作用载荷，根据力的平衡原理，所识别的载荷同时也是作用于橡胶悬置上的载荷。

• 汽车轮毂

项目客户：Alcoa，美国

项目描述：本项目通过实测轮毂上的应变，使用 True-Load 识别出了轮毂与地面之间的相互作用力。

• 机翼

案例描述：本案例是一个基于机翼复杂流固耦合仿真结果应变采集及使用 True-Load 重现的示例，意在展示分布式载荷的处理方式及 True-Load 识别载荷及重现应变的准确率。

本案例表明，True-Load 可以准确识别分布载荷的分布情况，在电脑中重现真实工况下结构的真实应变情况，并达到非常高的准确度。

• 轮轨载荷

案例描述：通过True-Load，识别出轮轨接触过程轮子上所承受的径向载荷、轴向载荷和切向载荷。

• 板簧载荷

案例描述：钢板弹簧的边界条件为一端限制6个方向的自由度，另一端限制5个方向的自由度（3个转动自由度和2个平动自由度），通过Coincident nodes分别将两端施加BC的点和施加Bushing的点关联起来，两端Bushing在板簧宽度方向的刚度值比较大，而其它两个方向的刚度值比较小，模型中采用Self-contact。针对板簧的高度非线性，通过True-Load，识别出了钢板弹簧底部承受的3向载荷和一端承受的扭矩及横向载荷。

• Baja Car车辆悬架载荷谱

案例描述：车辆在冲击、过坎工况时的载荷对于悬架的可靠性分析非常重要，在FEA模型单位载荷的基础上，通过True-Load与测试的结合，得到了悬架上的真实载荷谱。

• 发动机零件载荷识别

案例描述：车辆发动机零部件的耐久疲劳性能是一个重要的可靠性指标，Honda利用True-Load软件研究了安装在发动机铝铸件上的钢管压力机的结构耐久性失效问题。由于在发动机运行过程中，该结构会经历复杂的负载条件，包括模态激励、高加速度，以及由系统变形引起的力和力矩，而这些负载在通常情况下不易测量，这让寻找疲劳破坏根源的难度大大提升。因此，本田公司（Honda R&D Americas, Inc）采用先进的载荷识别工具True-Load，结合实测应变数据获得钢管上的真实载荷的瞬态行为，并进一步得到准确的应力，进行了故障识别，为新的设计迭代提供了有力的方向指导。

研究中明确地指出了对失效管应力贡献最大的模态振型，如果移除这些模态载荷，可以了解应力的幅值。通过True-Load，预测到的最大应力与裂纹萌生位置吻合。基于该分析结果，工程师可以通过提高4阶、5阶模态的频率，或者改变管形状来提高其耐用性。

• 金矿钢轨运输系统疲劳载荷识别与设计优化

案例描述：位于加拿大多伦多的伊格尔矿业AgnicoEagle采矿公司，近期在其创新铁路运输系统的疲劳问题分析中采用了专业载荷识别软件True-Load，应用场景为一列64节车厢单轨列车从矿井中向上移动矿石的过程。据悉，列车在运行了几个月后，车架上开始出现裂纹表征的疲劳问题。经初步判断，车辆在通过车站（火车由铁路沿线的几个车站驱动，简称“驱动站”）时的载荷是导致疲劳发生的关键。在驱动站中，车辆由两侧轮上的法向力和剪切力驱动。毋庸置疑，疲劳问题的准确计算高度依赖于车辆上的真实载荷，但这些动态载荷随着列车矿石满载或空载而变化。实际情况是列车在进入驱动站时，除了车厢之间持续的推力和拉力，同时还有来自驱动站的侧向荷载，这些侧向荷载沿车厢长度变化，但其大小并不能确切知道。True-Load的引入，确定了实际测试时应变片的最佳位置。在矿山中进行了试验，记录了列车通过驱动站时的应变历程。基于应变测试数据的True-Load成功应用，找到了疲劳相关的真实载荷，车辆结构从前到后横向刚度的巨大差异，是载荷变化的直接原因，据此还找到优化车辆结构设计的主要改进因素。

• 康明斯电力系统载荷识别

案例描述：几乎对于所有工具、组件或系统产品而言，了解需要修理或更换之前的使用寿命都非常重要。尤其是对于设备为医院、水处理中心、数据中心或军事单位的大规模连续或备用电源提供离网电源时，对提供该电源的发电机组的耐久性必须心中有数，因为维修可能需要花费巨大的代价。发电机组的部件，包括发动机、曲轴、发电机、风扇和散热器，安装在一个被称为滑橇的金属框架上。发动机振动产生的载荷会导致车架结构和连接焊缝产生疲劳，这也是打滑的主要故障模式。康明斯提供发电机组，以支持全球对备用和远程装置可靠电力的需求。大型发电机设备的振动会随着时间的推移逐渐削弱其支撑结构，这通常是疲劳分析的特征。然而，金属框架应变历程的不精确，无法准确地进行疲劳预测。康明斯电力系统团队通过将True-Load所识别载荷相应的应变与ANSYS Mechanical相结合，加快了模拟工作流程，在发电机组耐久性建模的数十年挑战中开发了一种新的Spin。对于康明斯电力系统的工程师来说，采用True-Load软件，根据发电机组的实际运行条件，能越来越准确地预测滑橇的疲劳寿命。