载荷谱
第十一章 疲劳载荷谱
另一类是与各构件遭受的局部载荷相关，与全机重心过载没有确定的关系，如： 机身气密舱的增压载荷； 可动机构的重复操作载荷； 气流引起的局部结构振动； 尾翼的抖振； 发动机噪声场激励的局部结构的噪声疲劳载荷； 反复气动加热引起的座舱罩的热疲劳载荷等等。
1 机动载荷系数谱
在多次操纵飞机做各种机动飞行时，飞机遭受的重复载荷称为机 动重复载荷。 对经常作 飞行的飞机，如歼击机、强击机、战斗轰炸机等，机动 重复载荷是主要的疲劳损伤载荷。 对于运输型飞机，由于机动飞行简单，过载较小，常常不是疲劳 损伤的主要载荷。
某战斗机的机动载荷系数谱各任务段每1000飞行小时累积出现次数
C运输类（货运机）机动载荷系数谱各任务段每1000飞行小时累积出现频数
2 突风重复载荷谱
突风载荷谱是对民航机及运输机疲劳损伤的主要重复载荷，对歼击机 类型的飞机，它造成的疲劳损伤则相对很小。 突风重复载荷谱根据设计使用寿命和设计使用方法确定，并可以用实 测和/或阵风模型导出。
飞机疲劳载荷谱的编制 步骤是： 确定典型任务剖面； 典型任务的混合； 确定重心过载的累积频数分布； 确定载荷情况； 载荷及应力分析； 谱的离散化； 编制飞-续-飞载荷谱。
谱的计数法
第十二章 疲劳断裂力学中新的数值计算方法
有限元重合网格法
全局区域网格
Ω
G
Γ
bi
L
t ti
第十一章 疲劳载荷谱
（1）载荷谱在裂纹起始、短裂纹和长裂纹扩展诸阶段对损伤所起的作用是 不同的，载荷谱中存在压缩载荷部分时更为明显； （2）少数特大超载在超载塑性区范围内对后续的载荷序列有重大影响； （3）载荷谱中幅值越小，则频次越多； （4）随机谱的计数方法。
一类与全机重心过载谱相关，如： 机动载荷系数谱； 突风载荷谱； 地面载荷谱。
fesafe随机振动载荷谱
fesafe随机振动载荷谱
FESafe是一种用于疲劳分析和寿命预测的软件工具，它可以帮助工程师评估和优化产品的耐久性。
在FESafe中，随机振动载荷谱是一种用于描述结构在实际工作条件下受到的随机振动载荷的数学表示。
随机振动载荷谱是通过采集和分析实际工作条件下的振动数据得到的。
它包含了振动信号在不同频率下的幅值和概率分布。
这种载荷谱可以用于模拟结构的随机振动响应，以评估结构的疲劳寿命和可靠性。
在FESafe中，可以通过以下步骤定义随机振动载荷谱：
1.采集实际工作条件下的振动数据，并进行分析以得到幅值和概率分布。
2.将得到的振动数据转换为合适的数学表示，例如概率密度函数或频谱。
3.在FESafe中创建载荷谱文件，并将数学表示的数据输入到文件中。
4.在模型中应用载荷谱，以模拟结构的随机振动响应。
需要注意的是，随机振动载荷谱的定义和处理需要专业的知识和技能。
标准疲劳载荷谱几种参数的研究
标准疲劳载荷谱几种参数的研究
1. 循环次数
循环次数是指在一个特定的时间内，元件或结构在载荷作用下经历的循环数。
在疲劳寿命评估中，循环次数是一个非常重要的参数。
根据循环次数的不同范围，可以将标准疲劳载荷谱分为低周疲劳、中周疲劳和高周疲劳三种。
2. 平均应力和振幅
平均应力和振幅是标准疲劳载荷谱中另外两个重要的参数。
平均应力是指在一个循环中应力的平均值，振幅则是指应力的最大值与最小值之间的差值。
这两个参数能够直接影响到组织的疲劳寿命和破坏形式。
3. 载荷频率
载荷频率是指在一个特定时间内，元件或结构所经历的循环数与单位时间的比率。
不同的载荷频率会对材料的循环塑性变形、缺陷形成与扩展等产生不同影响。
因此，合理选择载荷频率是疲劳寿命评估中的关键因素。
4. 载荷幅度分布
载荷幅度分布是指载荷在各个振幅范围内的出现概率或占比。
不同的载荷幅度分
布对材料的疲劳寿命和疲劳破坏形式产生不同影响。
因此，在进行标准疲劳载荷谱研究时，需要考虑载荷幅度分布的影响。
载荷谱采集与编辑
同济大学汽车实验室
汽车零部件单级、多级载荷试验
纵向力疲劳试验： 载荷：1.33±8.95kN 循环次数：75000次； 频率：2Hz 侧向力疲劳试验： 载荷：5.85±5.44kN 循环次数：200000次； 频率：2Hz 垂向力疲劳试验： (1) 低载：7.33±7.33kN； 循环次数：300000次； 频率：2Hz； (2) 高载：8.79±8.79kN; 循环次数：100000次; 频率：2Hz
车辆传感器布置—加速度传感器
左后上
左前上
左后下
左前下
右后上
右前上
右后下
右前下
车辆传感器布置—加速度传感器
采谱零部件标定
同济大学汽车实验室
采谱零部件标定
力-应变关系
3000 2000 1000
2500 2000 1500
位移-应变关系
y = 21.08x - 33.71 R² = 0.998
y = -329.9x - 404.4 R² = 0.962
理论上：随机过程总体检验； 工程上：把单个时间历程记录分若干段，每段的统计特征 此一样的随机信号。
载荷谱采集与编辑
载荷谱信号的统计
同济大学汽车实验室
载荷信号的幅值直方图
1.幅值直方图：是载荷谱研究及寿命预估中用得最 多的一种幅值分布表示法。
有三种常用方法： 1） 幅值频次图 横坐标——幅值 纵坐标——出现的次数
方法机理：机件的疲劳损伤主要取决于载荷变化的大小。
振程：载荷时间历程相邻峰谷间的距离。
(1)简单振程计数法（Range） 不考虑该振程距
零载荷的距离，
仅统计相邻峰值 与谷值之间的距 离。 忽略了载荷 的静态分量。
fesafe随机振动载荷谱
fesafe随机振动载荷谱摘要：1.FESAFE 简介2.随机振动载荷谱的定义3.FESAFE 随机振动载荷谱的组成4.FESAFE 随机振动载荷谱的应用5.FESAFE 随机振动载荷谱的优缺点正文：1.FESAFE 简介FESAFE（Flight Environment Spectrum Analysis and Filtering Engine）是一款专业的飞行环境谱分析与滤波引擎，主要用于分析和预测飞行器在飞行过程中可能遇到的环境条件，如温度、湿度、气压、风速等。
通过分析这些环境条件，可以为飞行器设计提供参考数据，以确保飞行器在各种环境下都能保持良好的性能。
2.随机振动载荷谱的定义随机振动载荷谱是指在一定时间内，飞行器可能遭受的各种随机振动载荷的统计分布。
它可以反映飞行器在不同环境下的振动响应特性，为飞行器结构设计和振动控制提供依据。
3.FESAFE 随机振动载荷谱的组成FESAFE 随机振动载荷谱主要包括以下几个方面：（1）时间历程：描述振动载荷随时间的变化规律，通常用时间域或频率域表示。
（2）载荷谱形状：描述振动载荷的统计分布特性，如均值、方差、峰度等。
（3）载荷谱的频谱特性：描述振动载荷在不同频率下的能量分布，有助于分析飞行器的振动响应特性。
4.FESAFE 随机振动载荷谱的应用FESAFE 随机振动载荷谱在飞行器设计、飞行模拟和飞行器维修等领域具有广泛的应用，主要表现在以下几个方面：（1）飞行器设计：通过分析FESAFE 随机振动载荷谱，可以优化飞行器结构设计和振动控制系统，提高飞行器的飞行性能和安全性。
（2）飞行模拟：在飞行模拟中，FESAFE 随机振动载荷谱可以为飞行模拟提供真实的振动环境，提高模拟的真实性和可靠性。
（3）飞行器维修：通过分析FESAFE 随机振动载荷谱，可以了解飞行器在飞行过程中可能遭受的振动损伤，为飞行器维修提供依据。
5.FESAFE 随机振动载荷谱的优缺点FESAFE 随机振动载荷谱具有以下优缺点：优点：（1）全面性：FESAFE 随机振动载荷谱可以全面反映飞行器在飞行过程中可能遇到的各种振动载荷。
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。
航空发动机载荷谱综述
航空发动机载荷谱综述随着现代飞机的日益发展，发动机作为飞机的“心脏”，在维持着飞机正常运转的同时，也面临着来自外界的各种载荷。
航空发动机载荷谱综述，即是对于发动机在实际使用中的载荷情况的总结和分析。
发动机载荷谱的获取对于研发、设计、维护及安全保障等方面都具有重要的作用。
本文将从发动机载荷谱的定义入手，探讨其应用意义以及现阶段的研究进展。
首先，发动机载荷谱是指发动机在实际使用中所承受的各种力、热、振动等载荷的统计情况。
其中包括了来自自身转速、飞机飞行失速、大气扰动和飞机震动等多种因素所引起的载荷。
这些载荷都是以时间、频率、强度等方面进行记录和统计，为后续的设计、仿真和测试提供参考依据。
其次，发动机载荷谱在航空工业中具有广泛的应用价值。
首先，对于发动机研发来说，通过对发动机载荷谱的分析，可以评估不同部件受力情况以及寿命，从而改进设计方案，提高发动机的可靠性和寿命。
其次，对于发动机的维修和维护来说，对于发动机载荷进行分析可以确定发动机寿命和更换周期，确保经济性和安全性。
此外，在航空事故调查中，对发动机载荷谱的研究也有很大的帮助。
最后，目前发动机载荷谱研究也取得了许多进展。
随着仿真技术的发展，人们开始利用计算机仿真模拟发动机在实际使用过程中的载荷情况，以避免实验过程中的损伤和成本高昂。
同时，各大航空公司也加强了对于发动机寿命周期的监控，对于得到的载荷数据不断优化，进一步提高了发动机性能和寿命。
综上所述，发动机载荷谱的分析对于飞机工业的发展和安全性保障至关重要。
随着技术的不断进步和航空工业的发展，在未来，发动机载荷谱研究将迎来新的发展机遇和挑战，相信未来一定会取得更为丰硕的成果。
航空发动机载荷谱的数据通常涵盖转速、温度、压力、振动等方面的信息。
通过对这些数据的记录、统计和分析，可以了解发动机在运转中所承受的各种载荷，进而更好地进行设计和测试。
下面，我们来列举一些典型的发动机载荷谱数据，并简要分析其含义和作用。
载荷谱
载荷谱
1、载荷谱：传动系统在实际工作中，受到的载荷是变化的，体现为扭矩和速度是变化的，不同档位所使用的频繁程度即每档所用时间也不相同，三者之间对应关系。
2、有了实际工作的载荷谱，即有了准确的设计输入条件，就可以得到传动系统各零件在载荷谱条件下的实际受力情况，从而可以得到准确的计算结果。
3、载荷谱包括各种环境条件，如温度、腐蚀、噪声等。
必要时，还考虑交变载荷和交变环境因素的综合影响，形成更为复杂的环境(载荷)谱。
载荷谱一般分为离散谱和连续谱。
离散谱由各级载荷及其发生的频次按某种次序排列组成；连续谱由载荷过程或其统计特性表示。
离散谱中最简单的是常(等)幅谱；把若干常幅谱的小块按一定次序排列便得到程序块谱；把程序块谱中各小块的次序打乱而随机排列则得到随机化程序块谱；若直接以载荷的各个峰、谷值进行随机排列则得到随机化谱。
连续谱常用实测的一段典型载荷过程表示，或用其所谓功率谱表示。
连续谱都是随机谱。
4、载荷谱或者由强度规范规定，或者根据大量实际测量记录经过统计处理制定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
对采集的加速度信号，常用于统计分析（如最大值、最小值、平均值、均方根和方差等的统计对比）及功率谱密度函数来描述其频率特性。
对采集的应力-应变时间载荷数据，经过雨流计数法得到各应力大小与循环次数的统计结果,最后应用累积损伤理论分析方法计算疲劳寿命与安全使用寿命。
汽车载荷谱多是基于损伤量进行的室内试验载荷谱编制。
在进行汽车零部件设计时，要进行零部件室内疲劳寿命试验，而由于零部件使用寿命很长，在室内试验时，需要采用加速试验的方法。
对汽车载荷谱的加速编辑，计算原始信号的时间-损伤分布图,对应变-时间信号用雨流计数法计算损伤,然后对照时间-损伤分布图，移去原始应变信号中无损伤或小于某一门槛值的信号片段,再插入一个递减或连接信号（常用半余弦曲线代替）,避免在连接处有一个突然的信号跳跃。
在完成载荷谱加速编辑后，对加速信号应用到室内疲劳试验，在保证一定损伤量时，试验时间将大大缩短。
汽车载荷谱对汽车设计、疲劳寿命研究有着重要的意义，对汽车产品的改进、新产品的开发与产品质量检查等有极大的作用。
在对机床载荷分析时，通常采集机床的主轴转速、切削力、扭矩、主轴电机额定功率、最大进给速度、快速移动加速度等信号采集，其中以主轴转速谱、切削力谱和扭矩谱为主要
采集分析对象。
实际运行过程中数控机床的受载情况与一般机械产品不同，数控机床切削工况种类繁多，机床载荷是一个连续的随机过程，可利用统计方法对载荷数据加以整理，并对其进行某种分布拟合，通过分布假设检验，用频率图、累积频率分布图、矩阵图或数学表达式来表示。
对采集的载荷数据，为得到更有价值的载荷谱，机床载荷谱主要用于建立其最优分布模型，来指导机床室内可靠性试验。
采集机床载荷信号，可通过采集主轴电流信号来推算切削力和扭矩，也可获得载荷试验的工艺参数后，利用切削力经验公式计算得到切削力，进而得到切削扭矩。
由于机床在加工过程中，每个工步时间段切削力和扭矩近似不变为恒定值，因而机床切削力谱可视为间断的、不连续信号，不同于其他机械产品载荷数据为连续信号，则雨流计数法不能对机床切削力进行幅值和均值计算。
机床切削力的载荷循环计数，假定在切削参数不变时，切削力为恒定值，根据疲劳损伤理论，将每个进给量视为一次载荷循环，为了使编制的载荷谱更具有代表性，采用相对载荷和相对载荷循环次数描述机床的载荷，即变化载荷与最大切削载荷的比值为相对载荷和载荷循环次数与总循环次数的比值为相对载荷循环次数。
对采集的相对载荷及相对载荷循环次数建立分布模型，先根据采样数据初选几种常用分布模型，然后进行参数估计，最后进行拟合优度检验。
常用的统计分布模型有Gaussian 分布、Fourier 级数分布、贝塔分布、对数正态分布、伽玛分布、威布尔分布等。
初步选定分布模型后，须对选定的各种模型分别进行参数估计，常用的参数估计方法有点估计和区间估计两种，其中点估计法又可分为极大似然法、矩法、图估计法以及最小二乘法。
在综合分析的基础上，多采用多元线性回归方法和模拟退火优化方法进行参数估计。
最后利用柯尔莫戈洛夫检验方法、数据包络分析方法等进行拟合优度检验，对出现的一种载荷谱同时通过几种分布模型拟合优度检验的情况，采用模糊综合决策分析方法对统计分布模型进行优选以确定符合采样数据的最佳分布模型。
分析得到机床载荷分布模型用于室内试验加载载荷时，采用程序载荷试验方法。
程序载荷试验是由若干个幅值不等的等幅载荷按一定的顺序加载，然后再重复该加载顺序若干遍，直到达到一定的载荷循环次数或者对试验对象造成破坏为止。
将按真实次序排列的载荷时间历程代替实际的时间历程，满足两者造成的损伤度相同，而与相邻峰之间经历的时间无关。
试验对象的损伤只与载荷幅值和频次有关，而真实的时间尺度则无关紧要。
在研究载荷谱适用于室内疲劳试验分析机械产品零部件使用寿命时，不同机械产品其载荷谱采集及编制方法不同，但多是以损伤量为基准，分析载荷幅值及载荷循环次数的统计分布关系，建立并优化幅值与频次的统计关系，得到适用于疲劳试验分析的载荷谱。