随机载荷的载荷谱
基于随机载荷谱的构架疲劳强度研究
１ 倒梁； ２ 一横 梁 ； ３ 一辅 助 横 梁 ； ４ 抗 侧 滚扭 杆 座 ； ５ 一横 向挡 座 ６ 轴 箱定 位 转 臂 座 ； ７ 一牵 引 拉 杆 座 ； ８ 盘形 制 动 吊座 ； ９ 一 手 制 动 安 装座 ； ｌ Ｏ ～ 高度 阀安 装 座 ； １ １ 横 向减 振 器 座 ； １ ２ 一 空 气 弹簧 安 装 座 ； １ ３ 一风 管 安 装 座 ； １ ４ 抗 蛇行 减 振 器 座 ； ｌ ５ 一 二 系 垂 向减 振 器 座 ； ｌ ６ 一一 系 垂 向 减 振 器座 。
进 行 比 较 。对 比结 果 表 明 ， 两 种 方 法 得 到 的构 架 疲 劳 危 险 区域 基 本 一 致 ， 而 基 于 随 机 载 荷 谱 的 疲 劳 分 析 方 法 预 测 出构 架 疲 劳 寿命 更保 守 。
关键 词 弹性 构 架 ； 随 机 载 荷 ；疲 劳 强 度 ； 疲 劳 试 验
第 ３ ３卷 第 ２期
２ Ｏ １ ３年 ４月
铁 道 机 车 车 辆
ＲＡＩ Ｌ Ｗ ＡＹ Ｉ ＯＣＯＭ ＯＴＩ ＶＥ ＆ ＣＡＲ
Ｖｏ１ ． ３ ３ Ｎｏ． ２
Ａ Ｄｒ ． ２ ０１ ３
文章 编号 ： １ ０ ０ ８ —７ ８ ４ ２（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ —０ ０ ２ １ —０ ５
一
段 区域作 为焊 缝 区来 考 虑 ， 根 据文 献 ［ ７ ］ 关 于直 角 角 ≤ｈ ｆ ≤１ ． ２ 。 ， 其 中
焊缝 焊脚 高度 ｈ 的 规定 ， 取 １ ． ５
２ 构 架 疲 劳 强 度 分 析
图 １ 构 架 结构 组成
２ ． １ 基 于随机 载荷 谱 的疲 劳寿命 预测 构 架 的随机 疲劳 寿命 分析 需要 结合 多 体 动力 学 、 有 限元和 疲 劳强 度 等理 论 并通 过 ＭＢ Ｓ与 Ｆ Ｅ Ｍ 联 合 分 析 手 段实 现 ， 其基本 流程 如 图 ３ 所示。
飞机系统课堂笔记第1-5章
�保证强、刚度足够而重量最轻�一般为 1.5～2 剩余强度系数 结构破坏载荷与设计载荷的比值，即
η=
P破坏 P设计
P 破坏是指整个结构破坏时所承受的最大载荷。 一般取 1.03～1.1 五、 飞机刚度要求 即结构变形限制 主要包括： �翼面挠度及扭转角限制：防止翼面气动性变差 及副翼反逆。 �相关结构变形限制：操纵与传动机构不卡阻。 �机、尾翼颤振临界速度限制：颤振临界速度应 大于最大允许飞行速度。 六、 飞机结构强、刚度试验 1.静力试验 对飞机及部件在使用载荷、设计载荷和破坏载荷下 的应力进行分析，得出实际的安全系数和剩余强度系 数，与设计参数进行比较，并测量变形以校核其刚度。 2.动力试验 对受冲击载荷与交变载荷的飞机部件（如起落架、 机翼）进行 冲击试验、疲劳试验
梁式机翼结构特点 梁：最强壮，抗弯（上缘条受压、下缘条受拉） 、剪（腹 板） ，承受弯矩和剪力。 墙：抗剪，受剪力。 桁条：少而弱，支撑蒙皮，受少量弯矩。 蒙皮：维持外形，受气动力。构成合围框抵抗扭转变形， 承受扭矩。 翼肋： 支撑蒙皮和桁条， 维持翼型； 安装部件 （加强肋） 。 单块式机翼 优缺点：重量轻，刚度大，适于高速飞机；不便于开口。 结构特点：�有墙无梁或梁弱；�墙抗剪，受剪力；�桁 条多而强；④蒙皮厚，蒙皮与桁条组成壁板。 抵抗弯曲变形（上压下拉） ，承受弯矩； 构成合围框，抵抗扭转变形，承受扭矩。
2.机翼质量力（重力和惯性力） �与飞机过载成正比； �属于分布力； 分布特点： �合力（ q 机翼）作用于重心线上； �方向与升 力反向；�大小与弦长成正比。 3.部件质量力（部件重量和惯性力） �属于集中力；�与部件质量和过载成正比；�合力 P 部件作用于部件重心处；④方向与升力反向，会使机 翼根部受力减小。 三、部件卸载作用 在机翼上安装部件，可以使机翼根部受力减小，叫 做部件卸载作用。 四、 机翼变形和内力 基本变形：拉、压、弯、剪、扭。 组合变形：基本变形的组合。 内力：轴力（拉、压） 、弯矩、扭矩、剪力。 应力：正应力，剪应力 机翼的变形：弯（上压下拉） 、扭（压力中心、重心、 刚心三心不重合所致） 、剪切 五、机翼结构型式 1.杆系结构：布蒙皮机翼，早期低速飞机用。 2.薄壁结构 � 梁式机翼：梁式、双梁式、多梁式
载荷谱数据处理方法
载荷谱数据处理方法载荷谱是指一段时间内物体所承受的力、压力、振动或其他形式的载荷的统计特性。
在工程领域中，载荷谱数据处理是一项重要的任务，它有助于评估和预测材料的耐久性、结构的可靠性以及设备的寿命。
本文将介绍一些常见的载荷谱数据处理方法。
首先，载荷谱数据的收集是处理的第一步。
可以通过传感器或仪器来采集实际工况中的载荷数据。
采集到的数据可以是时间域数据，即载荷随时间变化的曲线；也可以是频域数据，即载荷在不同频率上的分布。
在处理时间域数据时，最常用的方法是统计分析。
主要包括平均值、方差、标准差、峰值等统计量的计算。
通过对载荷谱数据进行统计分析，可以获得载荷的统计特性，例如均值和标准差可以反映载荷的平均水平和波动程度。
另一个重要的处理方法是周期性分析。
周期性分析主要通过傅里叶变换将时间域数据转换为频域数据。
频域数据可以提供载荷在不同频率上的成分和能量分布情况。
常用的周期性分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度函数和自相关函数等。
对于频域数据，常用的处理方法有滤波和降阶。
由于实际工况中的载荷往往包含大量的噪声和杂波，因此需要对频域数据进行滤波处理，以提取感兴趣的载荷成分。
常用的滤波方法包括高通滤波、低通滤波和带通滤波等。
另一个常见的处理方法是降阶。
降阶是指通过分析载荷谱数据，将其表示为少量的载荷模态或载荷历程。
通过降阶处理，可以减少数据的维度，简化数据分析的计算量，并提取载荷谱中的主要特征。
此外，还可以将载荷谱数据进行模式识别和分类。
模式识别是指通过对载荷谱数据进行特征提取和分类，将不同类型的载荷进行识别和区分。
常用的模式识别方法包括主成分分析、聚类分析和支持向量机等。
最后，载荷谱数据的可视化也是一种常用的处理方法。
通过将载荷谱数据绘制成图表，可以直观地展示载荷的变化规律和分布特征。
常用的可视化方法包括时间域波形图、频域功率谱图、雨流计数图等。
综上所述，载荷谱数据处理是评估和预测材料、结构和设备性能的关键环节。
载荷谱
载荷谱载荷谱是整机结构或零部件所承受的典型载荷时间历程，经数理统计处理后所得到的表示载荷大小与出现频次之间关系的图形、表格、矩阵和其他概率特征值的统称。
机械结构部件多是在交变载荷作用下服役，因为载荷的变化，结构材料内部的应力应变也在发生变化，从而导致裂纹的产生、扩张，发生断裂，这个过程就是疲劳失效，大多数机械部件的失效都是疲劳失效。
载荷谱的研究对疲劳失效有很大作用。
载荷谱是进行可靠性设计的依据，是零部件结构定寿、延寿和动力学仿真、有限元分析等计算机辅助设计的先决条件，也是作为结构疲劳试验、强化试验、加速寿命试验和可靠性试验的基础。
一般机械产品，其载荷谱的编制流程如下：(1) 载荷样本数据的获取载荷数据一般通过产品现场工作时实测的途径来获取。
(2) 平稳性检验通过实测方法获得的载荷数据往往是一种随机过程，而在随机过程分析中，一组数据是否为平稳和历态的，对其进行统计处理所采用的方法是不相同的，因此需对试验获得的载荷数据进行平稳性分析。
(3) 无效幅值的去除测试获得的载荷数据中有许多载荷值小的循环，将不能构成疲劳损伤的小量载荷循环去除即为无效幅值的去除。
通过对无效幅值进行压缩和去除可以缩短试验时间，同时降低试验费用。
(4)载荷循环的统计计数将载荷-时间历程转化为系列载荷循环的过程叫做“计数法”。
在进行疲劳寿命分析时，常常以载荷-时间历程的损伤量为依据，对统计计数结果进行加速编辑。
(5) 总体分布的估计通过雨流计数法对随机载荷进行计数得到的是载荷均值和载荷幅值，之后进行统计处理得到二元（均值和幅值）随机变量的联合分布矩阵，采用二维（幅值和均值）函数进行分布参数的估计。
分布函数获得后，利用假设检验对幅值和均值分布函数进行检验，最后分析二者的相关性，确定最优分布模型。
不同的机械产品，其载荷谱的采集及编制方法均有所不同。
在对汽车零部件疲劳失效研究中，通常采集关键部位（如稳定连接杆、横拉杆等）的应变载荷和加速度信号作为载荷数据。
第三章机械系统的载荷特性和动力机选择
4.载荷按是否随时间变化，可分为静载荷与动载荷
两大类。
静载荷是指大小、方向和位置都不变的载荷 （如自重），反之则为动载荷。 工程上静载荷的情况极少，但由于其形式简单，故 工程实际中有时也将一些动载荷简化处理成静载荷， 以简化设计计算。
工程上常把载荷随时间的变化称为载荷——时间历程，
特性相适应。
三、液压马达的种类、机械特性及其选择
1.液压马达是液压能转化为机械能的பைடு நூலகம் 量转化装置。在液压系统中液压马达是 当做执行原件来使用的。
2.目前低速大转矩液压马达应用较普遍。
四、气压马达的种类、机械特性及其选择
1.气压马达是以压缩空气为动力输出转矩， 驱动执行机构作旋转运动的动力装置。 2.气动马达的选用主要从负载特性考虑。 如变负载，稳定负载等等方面。
平稳随机过程，简称平稳过程或稳态过程。反之， 称为非平稳随机过程。 若平稳随机过程整个母体的概率分布与任何一个 样本的概率分布相同，即一个平稳随机过程在任 何时刻得到的样本都与在另一时刻得到的另一样 本相同，则这种平稳随机过程称为各态历经的随 机过程。
各态历经的随机过程必然是平稳随机过程，但不是所 有的平稳随机过程都是各态历经的。
还是固定不动等。
一、电动机的种类、机械特性及其选择
电动机是机械系统中最常用的动力机，与其他动力机
相比，它具有较高的驱动效率，且其种类和型号较多，
与工作机械连接方便，具有良好的调速、起动、制动
和反向控制性能，易于实现远距离、自动化控制，工
作时无环境污染，可满足大多数机械的工作要求。
但是选择电动机必须具备相应的电源，对野外工作机
二、载荷的处理方法
1.随机载荷的处理
1）.载荷谱进行机械设计时，直接利用随机载荷比较困难， 因其具有不可重复性和不可预测性.但在正常的使用条件下， 对某一具体机械，它又有统计规律，因此需将原始记录的 载荷——时间历程（称为机械的工作谱或使用谱），用概率
第三章机械系统的载荷特性和动力机选择
缺点：因工作的可压缩性而使工作稳定性差，噪声 大，因工作压力较低，其输出的转矩不大。
通常适用于小型机械。
内燃机 优点：功率范围宽，操作简便，便于移动。
缺点：需用柴油或汽油做燃料，且要求较高，排气 污染环境，噪声大，多用于野外工作的机械，如 农用机械、工程机械和船舶车辆等。
液压马达 优点：可获得的转矩和机械力大，与电动机相比 较，在相同功率时尺寸小、重量轻，快速反应的 灵敏度高，容易实现无级调速，操作、控制简便 ，易于实现复杂的工艺动作。
缺点：需有高压油供给系统，液压元件的制造、 装配精度要求高，否则因漏油而影响工作效率、 运动精度并污染环境。
气动马达 优点：工作介质为空气，易获得，且排除的气体不
•工作机的负载特性
工作机在运行过程中其运动参数（速度、位移等 ）与动力参数（转矩、功率等）的变化规律称为 工作机的负载特性。
恒转矩负载特性：负载转矩于其转速无关
恒功率负载特性：转速变化时负载功率基本保持不变 负载转矩随转速变化而变化： 离心式鼓风机、水泵 负载转矩是行程或转角函数：如活塞式空气压缩机 、曲
•5 4 3 2 1 •载荷级数 Nhomakorabea•r
3 •r
•r
•r •r 2
1
4
7
•r
•r 6
5
•r
8
•时 间
•r1=4、r2=2、r3=3、r4=4、r5=2、 r6=1、r7=2、r8=4
•1 2 3 4 5 •载荷级数
•雨流计数法
原理： 取垂直向下的纵坐标表示时间，横坐标表示载荷，
这样载荷历程形同一座宝塔，雨点依次以峰值或谷值为起点向下 流动，根据雨点向下流动的轨迹确定出载荷循环，并计算出每个 循环的幅值大小。
机械系统设计 第三章机械系统的载荷特性与动力机选择
工作机械的负载特性是指工作机 械在运行过程中其功率、转矩和转 速或位移间的关系。选择动力机的 容量时，主要考虑工作机械在输入 动力端的转矩、功率和转速之间的 关系。Tz=f(n)，Pz=f(n)。
负载特性有 ： 1）恒转矩负载特性
恒转矩特性是指转矩与转速无关， 即当转速变化时，转矩保持常数。 如起重机起升机构负载特性。
计算法即根据机械的功率要求和结 构特点运用各种力学原理、经验公式 或图表等计算确定载荷的方法。
例如设计起重机时，要计算： （1）起重量(吊重)表
起升载荷包括起重机的额定起重力 和随货物一起升降的装置的重力 。
100吨全地面起重机配重28吨时起 重 量 表
带 副 臂 起 重 量 表
第三章 载荷与动力装置选择
第一节 机械系统的载荷分析
一、载荷类型
所有机械在工作中都会受到多种外 力的作用，这些外力工程上称之为载 荷。确定载荷类型、大小、变化规律 是机械系统设计的重要内容。用以计 算强度、刚度、稳定性、可靠性和寿 命，选择动力机类型和容量。
1．按载荷的作用方式分类 直接作用载荷——载荷以力或力矩的形 式直接作用在机械上，如由工作阻力产生 的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制 动力等。 间接作用载荷——以变形的形式间接作 用在机械上，如温度、地震的作用引起的 载荷。 2.按零件发生变形的不同分 拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和扭转 载荷。
确定载荷通常有三种方法：类比 法、计算法和实测法。 1．类比法
参照同类或相近的机械，根据经验 或简单的计算确定所设计机械的载荷， 这种方法称为类比法。它主要应用在 载荷较难确定的情况或初步设计阶段。 仿造（测绘）。
使用类比法确定载荷一般需要一定的实际 经验，否则容易出现载荷过大或过小的情况。 应用类比法时常可采用相似原理进行推断，其 中常用的有：
汽车载荷谱的分析与应用
面重点介绍随机载荷谱的描述与简化。
要 完整 地描 述 平稳 随 机振 动 ，从 理 论上 讲 需要
有无 限长 时 问的记 录 ，实 际 上这 是不 可 能 的 。我们
应 用统 计 方法 正 是 为了克 服 这个 困难 ，即用 统 计参
２ ０ １ ３ 年第 １ ０期
谭纯岩：汽车载荷谱的分析与应用
摘 要 ：随着汽车 自主品牌 的发展，汽车企业越来越重视汽车标准 的建立 ，开始进行载荷谱采集
工作 。除 了建立试 验标 准载 荷 谱还 有很 多方 面用 途 。本 文将 探讨 汽车 载荷 谱 的分析 与 应用 。 关键 词 ：道路 载荷 谱 ；载荷 谱 分析 ：载 荷谱 应用
中图分类号 ：Ｕ ４ ６ ３ ． ２ １ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１ ６ ７ １ — ７ ９ ８ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ － 一 ３ ９ ． 一 ０ ６ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ａｎ ｄ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｏｆ Ｌｏ ａ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ Ｏｎ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ
ห้องสมุดไป่ตู้
载 荷 随使 用 时 间 的变 化 可 以是有 规 则 的 ，也 可 以是
前 言
不 规 则 的，甚 至是 随机 的。
． ２ 载 荷谱 的 用途 随 着 我们 进行 汽 车道 路 载荷 谱采 集 的深 入 ， 我 １ 我们 目 前汽车载荷谱采集的主要 目的是建立并 们 发现 道 路 载 荷 谱 不 仅 可 以用 于 道 路 模 拟 试 验 加 载 。通 过 合适 的分析 方法 与 处理 ，我们 得 到 的汽 车 载 荷谱 能 够 更好 的 帮助 我们 预测 零 部件 寿 命 ，分 析