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根据课程设计安排，翔实地阅读了与毕业设计任务密切相关文献。经过这段时间的学习，已经掌握了载荷谱及其编制方法的国内外研究现状、技术难点和技术关键点。

1.载荷谱的研究内容

载荷谱是指飞行器、工程车辆等在空中和地面运行以及运输过程中，结构所承受的典型交变外力的统计表示。它是结构疲劳与断裂设计和试验的载荷条件。载荷谱原则上应代表整个载荷变化过程，但这难于实现和应用，实际上常进行数据处理或简化，因此它只是载荷变化过程的某种近似代表。飞行器各个结构部位在使用中所受的载荷不同，所以不同的结构部位有不同的载荷谱。如对于飞机结构总体，最重要的是重心载荷谱，即由重心处的加速度计算得到的载荷谱。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。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。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。考虑地-空-地交替运行效应的、代表一次接一次飞行的载荷谱称为飞续飞谱，它能更好地反映使用情况。若把每次飞行的各个任务段再加以细分，可得到任务段飞续飞谱。飞续飞谱可以是离散谱或连续谱，用得较多的是程序块谱或随机化程序块谱。

2.测试样本长度确定方法

先应用保守的谱精度估计公式确定样本长度，进行保守估计，然后应用近似的均值精度估计公式确定装载机的实测信号样本长度进行分析检验。要求误差精度取0.1，置信度大于95％。

在测试中，由于是对随机载荷进行统计分析，故最小样本长度的确定决定了结果的可信度。检验了载荷数据在一定样本长度下接受平稳性和各态历经性假设，保证了样本记录可用来估计总体参数，但为保证在该样本长度下的统计精度满足要求，仍有必要检验精度要求下的最小样本长度。目前，常用的检验方法如下：

（1）用保守的谱精度估计公式确定样本长度；

（2）用均值的统计估计公式确定样本长度；

（3）用近似的均值精度估计公式确定样本长度；

（4）趋势曲线拟合法；

方法1)作为保守公式在试验前可作为初步估计；方法2仅对白噪声信号有较高的可信度，但需要已知真实参数，不便应用；方法3易于理解，使用方便；方法4与方法3本质上差别很小，只是获取参数估计值的途径不同，且其曲线回归模型的确定有很大的盲目性。因此，对于一般的工程测量，先应用方法1)进行保守估计，然后应用方法3对测试对象的实测信号样本长度进行分析。

3.测试得到的载荷时间历程应当如何进行数据处理

测试得到的载荷时间历程由于含有噪声干扰和波形应进行A/D转换、滤波去噪等必要的数据预处理，获取反映传动系载荷变化规律的真实信号信息，为后续载荷性质分析及科学编谱奠定基础。数据处理主要包括数据预处理和信号的特性检验。数据的预处理主要包括模拟信号离散化，数字化滤波、剔除奇异点和消除趋势项等等。特性检验包括平稳性检验、各态历经性检验、周期性检验和正态性检验等。

趋势项是指信号中存在线性项或缓慢变化的、周期大于记录长度的非线性成分。趋势项不仅存在于随机信号中，也存在于确定性信号中。趋势项的存在，会使时域中的相关分析及频域中的功率谱分析产生较大误差，甚至导致低频谱完全失去真实性。因此，消除趋势项是信号预处理中的一个重要步骤。

产生趋势项的原因主要有四种：

（1）抽样时未对原始信号进行适当的处理，如在A/D转换前未进行必要的高通滤波，使得样本信号中含有不需要的低频成分；

（2）传感器或仪器的零点漂移，传感器安装不当，测试对象的基础运动等原因引起的信号波形偏移；

（3）经积分放大器后产生的趋势项，如放大器零点未调准，将产生不必要的常数输出；

（4）在加窗截取数字信号时，样本长度（数据个数）选择不当，即样本长度小于基频成分的周期长度，使基频成分变趋势项。

趋势项的消除有多种方法，对于随机信号主要采用平均斜率法和最小二乘法。平均斜率法主要用于消除线性趋势项，而最小二乘法不仅可以消除线性趋势项，也可以消除非线性趋势项。

平稳性检验的常用的检验方法为轮次检验法。轮次检验的基本原理是将随机信号分成若干子区间，求出子区间的均方值，组成一个新的时间序列。如果信号是稳态的，则新序列的变化将是随机的，并满足一定的统计规律。具体检验方法为：

（1） 用动态信号分析仪采集数字式振动控制仪输出信号的一个样本，并把该样本等分成N个子区间，组成一个新的时间序列，测量每个区间的有效值(或均方值)；

子样本个数N的取值，对检验结论会带来一定的影响。在统计检验方面，一般来说，每个标准差上有2.5个分组区间（6上为15个区间），也有认为在每一组内的理论频数至少有5个。

（2） 计算这N个有效值的平均值；

（3）逐个将各个区间的有效值与平均值比较，大于平均值的记“1”，小于平均值的记“-1”；

（4）按时间顺序用“1”和“-1”标出各个子区间的有效值，从而形成从“1”到“-1”和“-1”到“1”变化的序列，每次变化称为一个轮次，记为r；

（5） 查轮次分布表，判定随机信号的平稳性。

如果r满足：

则信号是平稳的。如果r过小，说明含有趋势项，如果r值过大，说明数据中存在短周期信号。假设所测数据是平稳的，根据子样本数和显著性水平值，由轮次检验表可查得轮次数区间。

4.雨流计数法

雨流计数法简称雨流法，也叫“塔顶法”，是由Matsuiski和Endo等人提出的一种计数方法。其统计计数规则为：

（1）雨流在试验记录的起点以及依次在每一个峰值的内侧开始，即从1，2，3…等尖点开始；

（2）雨流在流到峰值处（即屋檐）竖直下滴，一直流到对面有一个比开始时最大值(或最小值)更大的值(或更小的值)为止；

（3）当雨流遇到来自上面屋顶流下的雨时，就停止流动；

（4）如果初始应变为拉应变，顺序的始点是拉应变最小值的点；

（5）每一雨流的水平长度是作为该应变幅值的半循环计数的。

与其它计数法相比，雨流计数法具有下列特点：

（1） 把载荷的统计分析过程和材料的疲劳特性建立一定的联系，从计数原则上看，它与材料的应力-应变迟滞回线相一致，认为塑性形变的存在是产生疲劳破坏的必要条件；

（2）使载荷——时间历程的每一部分都参与计数而且只计一次，不重复也不丢失小的交变应力；

（3）能够统计载荷变化趋势；

（4）便于实现计算机处理数据。

5.小载荷的舍弃

关于小载荷取舍的标准，Fuchs等人通过对汽车谱的试验后指出，在不到全谱中10%的大载荷占有了整个谱损伤的95%。J.C.Conover等人认为，舍去最大载荷的10%对疲劳寿命不产生影响；Heuler等人对各种载荷谱采用不同的取舍标准做了大量试验，结果表面，在低于材料疲劳极限50%的小载荷对试样的损伤可以不计。A.M.Carse通过大量的程序疲劳实验指出，小于1.75 (为服从正态分布载荷的标准差)的载荷级可以舍去；小载荷取舍的唯一标准就是“舍掉小载荷前与后对材料或零构件造成的损伤等效”，并且根据这一原则，提出了与随机载荷历程损伤等效的疲劳载荷谱的编制方法及准则，建立了能满足不同载荷类型和精度要求的小载荷取舍条件。针对国产摩托车疲劳试验台及其路面谱编制方法进行了研究与探索,根据实际在压缩载荷时提出了自己的门槛值设定值,所编制的载荷谱得到了厂家的认可并已经应用于疲劳试验台中

6. 最大载荷的推断与确定方法

在实际统计中，无论是累积频次曲线还是扩展后的累积频次曲线当N=1时那点的最大变程值一般是统计不到的；国内传统的办法多借助于曲线板外推，这种外推结果往往带有很大的人为因素，有时会引起很大的误差，而得到的载荷谱缺乏真实性。最好的办法是首先确定在使用工况下当N=1时载荷历程出现的概率P，然后依据载荷的概率分布函数计算得到最大载荷。

威布尔分布的概率密度函数是：

（）

为形状参数，为位置参数，为尺度参数。

对（4）进行积分得威布尔超值累积频率函数

根据公式（5得到最大载荷的计算公式为：

7.按照线性损伤累积理论确定加载顺序

根据线性损伤累计理论，材料受到某级应力作用时，其损伤度D线性的分给各循环，如循环次，则每一次循环的损伤度为。当在多级应力（1 、2、…i、…）的作用下，其循环数分别为n1、n2、…ni、…，从材料的S-N曲线，可以查到对应于各级应力的达到疲劳破坏的循环数 N1、N2、…Ni、…，则累积损伤度为:

式中：k表示承受了k级载荷；

表示第i级的载荷循环数；

表示第i级达到破坏时的循环数；

当D=1时达到破坏。

然而试验证实，D并不恰好为1时构件才达到破坏，一般当应力级由大到小时，D<1；而由小到大时，D>1；为了保证试验结果的可靠性，建议采用 低载——高载——低载的加载顺序，即从一级依次加载到八级，再从八级依次加载到一级,如图1所示。

图1 加载示意图

参考文献 【参考文献要在正文中进行引用，引用格式可以参考翻译论文的原文】

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