[1]. 李振兴, 5T悬挂吊车作用下焊接球网架结构的理论疲劳栽荷谱编制. 2014, 太原理工大学. 疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究 分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其 使用寿命和剩余寿命进行预测。 [1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390. 疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不 可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对 其使用寿命和剩余寿命进行预测。 [1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390. 疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。 [1]. 孙乐and 胡明敏, 基于数字疲劳传感器的桥梁载荷谱研究. 江苏航空, 2008(S1): p. 91-93. 数字疲劳传感器是一种电阻响应传感器,其核心元件疲劳计是由特殊退火处理康铜材料制成的,具有不逆电阻疲劳载荷响应的特性,在交变载荷作用下该传感器产生不可逆电阻改变,而且电阻的变化可以反映结构疲劳加载历程,是一种理想的结构状态监测装置。本文首先阐述了其基本特性和工作原理,然后根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,设计了双疲劳计响应载荷谱测定方法,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系。最后介绍了基于该传感器的疲劳载荷监测系统和在东海大桥监测应用情况。 [1]. 陈景杰, 黄一, and 李玉刚, 考虑疲劳载荷相互影响的修正的Miner准则研究. 中国造船, 2014(03): p. 36-42.
起重机传动零件疲劳计算基准载荷及载荷谱系数* 朱大林 郑小玲 方子帆 摘要 本文讨论起重机传动零件疲劳计算方法问题。讨论了区分机构和零件的载荷谱系数的必要性，指出应以零件的载荷谱作为零件疲劳计算的依据。从实用的角度，提出以弹性振动最大载荷作为疲劳计算基准载荷并给出了相应的载荷谱系数定义。本文还对零件的应力循环次数计算问题进行了分析。 关键词 起重机 机构 零件 疲劳计算 基准载荷 载荷谱系数 １ 引言 起重机传动机构零部件的疲劳寿命计算是起重机设计的重要内容，起重机设计规范(GB3811-83)[1]（以下简称规范）对此给出了一些原则规定。起重机传动件的疲劳计算方法原则上与一般机械零件相同，但由于起重机的工作特点，决定了其零件的疲劳计算具有以下两个特点： 1) 零件承受的载荷是变幅交变载荷，并具有随机变化的特性，从而使起重机零件的疲劳计算必须引入应力谱或载荷谱的概念，采用变幅疲劳的计算方法。零件疲劳计算的依据是零件的载荷谱，而规范给出的是机构的载荷谱，对零件的载荷谱问题并未叙及。 2) 零件的应力循环次数通常小于材料的基本循环次数N 0，属于有限寿命疲劳计算。这就要求正确计算零件的应力循环次数，对此，规范的规定也不尽完善。本文将就以上问题进行讨论，并提出笔者的建议。 ２ 起重机传动零件疲劳计算与载荷谱 规范采用名义应力法和疲劳损伤的线性累积理论，规定了起重机传动零件的疲劳计算方法，推荐的计算公式为： eq rk n σσ≤/Ⅰ (1) 式中，σeq —考虑变幅应力和有限寿命的零件等效应力; σrk —考虑循环特性和应力集中后的零件无限寿命疲劳强度限； n Ⅰ—疲劳计算安全系数。 规范规定，零件的等效应力σeq 根据零件承受的等效载荷计算，对传动零件，等效载荷计算公式为： T eq ＝k n k m T Ⅰmax (2) 式中，T Ⅰmax —机构启动时零件的静力矩与刚体惯性力矩之和； k m —载荷系数，m m m k K =,K m 为载荷谱系数； k n —有限寿命系数，n m k N N =/0，(N 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 载荷谱 强度方法库 通过性指拖拉机在各种田间和道路情况下的通行能力﹐如在松软﹑潮湿地面﹐山地﹑坡道和作物行间的通行能力﹐以及在田间转移和越障的能力等。拖拉机在田间作业时﹐除通行能力外﹐还要考虑它对土壤的破坏程度﹐即拖拉机行走装置对水田犁底层的破坏程度和对旱田土壤的压实程度。 操纵性指拖拉机在驾驶员操纵下﹐按期望的路线行驶的性能﹐包括行驶直线性和最小转弯半径等。 劳动保护性能和工作条件指保护驾驶员身体不受损害的性能以及操作方便和舒适的程度。包括对驾驶员的安全防护﹐驾驶室的防尘﹐隔声和温度控制﹐座位的减振﹑舒适程度和对不同人体体形的适应性﹐驾驶员的视野﹐各种操纵机构的合理布置和操纵力﹐工作监视装置的完善程度等。 发展趋势现代拖拉机已成为具有各种现代化设施可以牵引和驱动各种复杂农业机具的 自走式动力站﹐其发展动向表现在﹕平均功率不断增大﹐大型拖拉机在数量上占的比重明显上升。1984年美国拖拉机销售量中﹐75千瓦以上的拖拉机占总台数的24％。小型拖拉机(包括手扶拖拉机和小型四轮拖拉机)在经济发达国家中﹐主要用于家庭园艺和公用事业﹔在农业机械化尚处初级阶段的发展中国家﹐则因农业经营规模较小﹐仍然是一种重要动力。在农用拖拉机中﹐轮式拖拉机占绝对优势。履带拖拉机在许多国家的农业生产中已基本不使用﹔在苏联﹑意大利和中国的使用比重也在下降。60年代以后﹐随着拖拉机功率的不断增大﹐四轮驱动拖拉机有很大发展。液压转向的应用解决了原来四轮驱动拖拉机转向困难的问题﹐铰接式转向大大减小了转弯半径﹐促使四轮驱动拖拉机在75千瓦以上的拖拉机中占有很大比例。为了提高在水田中的牵引特性﹐日本发展了中﹑小功率的四轮驱动拖拉机。但制造成本高是其制约因素。人机工程学﹑安全防护和改进操纵﹑监视条件的研究将日益受到重视。现代化的密封驾驶室还带有各种形像化﹑标准化的工作监视装置和报警系统。液压技术在拖拉机上的应用日益广泛﹐并已开始出现电子-液压系统。新型拖拉机上的液压不仅用于农具的升降﹑控制和离合器﹑变速箱﹑差速器﹑制动器﹑转向机构等主要部件的操纵﹐甚至如坐位的调整﹑驾驶室窗的开关等也都采用液压装置。利用载荷谱作为应力分析﹑仿真试验和有限元计算的基本数据﹐大大提高了拖拉机产品的研制水平﹐缩短了研制周期。零部件的可靠性﹑耐久性也有了显著提高。拖拉机零部件的标准化﹑系列化和通用化﹐有利于充分利用工厂生产能力﹐降低产品成本﹐并便于维修和配件供应。 10.16638/https://www.doczj.com/doc/246309555.html,ki.1671-7988.2019.14.001 动力电池包载荷谱虚拟迭代分析 陈玉祥，熊飞，朱林培，刘雄 （广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州511434） 摘要：采用ADAMS建立车身-电池包刚柔耦合多体动力学模型以及电池包系统的六通道虚拟试验台。基于电池包实测载荷谱，通过虚拟迭代分析，各通道的相对损伤值接近1，验证了迭代计算的收敛性。研究方法对电池包的结构疲劳分析和振动响应特性研究具有重要的参考价值。 关键词：电池包；载荷谱；虚拟迭代 中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)14-03-04 Virtual iterative analysisof load spectrum for traction battery pack Chen Yuxiang, Xiong Fei, Zhu Linpei, Liu Xiong ( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. Automotive Engineering Institute, Guangdong Guangzhou 511434 ) Abstract: The rigid-flexible coupled multi-body dynamic model of the body-battery pack system used for virtual test bench was established by using ADAMS.Based on the measured load spectrum of the battery pack, the relative damage value of each channel was close to 1 through virtual iterative analysis, which verified the convergence of iterative calculation.The research method has important reference value for the structural fatigue analysis and vibration response research of battery pack. Keywords: Battery pack; Load spectrum; Virtual iterative CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)14-03-04 前言 电池包系统是电动汽车核心系统之一，电池包良好的结构力学性能是电动汽车具备安全性和可靠性的基础。由于电池包的电化学特性具有危险性，同时载荷条件非常复杂，对电池包的结构可靠性提出了更高的要求。电池包安全性问题也制约了新能源汽车产业的发展。电池包常规分析，比如频谱分析、振动分析，往往与实际工况存在一定的出入，并不能真实反映电池包的真实受力和振动情况。而电池包的测试周期长，成本高。因此，开展电池包虚拟试验技术，进行载荷迭代分析是非常重要的。 本文以某电动汽车电池包为研究对象，通过结合实测道路谱的虚拟迭代技术对电池包的载荷谱进行准确预测，为开展电池包的结构疲劳分析和振动响应分析提供载荷输入。 首先，利用实际采集的电动汽车路谱，通过二十四通道加速度振动试验台，获得实车在综合循环路况下使用的动力电池包的道路谱。其次，对电池包数模进行适当简化，建立包含壳体和模组的电池包有限元模型，通过模态分析，得到电池包柔性体模型。采用车身等效质量块和柔性电池包连接，建立车身-电池包刚柔耦合动力学模型。然后，在ADAMS软件中建立电池包六通道试验台，与车身-电池包刚柔耦合多体动力学模型组建迭代计算的虚拟振动试验台，通过迭代软件进行虚拟迭代计算，并通过信号比较验证迭代计算的收敛性[1]。 1 电池包道路载荷谱台架测试 电动汽车包含众多的系统及部件，对每个部件都进行实 作者简介：陈玉祥，就职于广州汽车集团股份有限公司汽车工程研 究院，从事新能源汽车热管理分析。 3 收稿日期:2003-01-26;修订日期:2003-05-14 作者简介:宋迎东(1969-),男,安徽太湖人,南京航空航天大学能源与动力学院教授,主要从事航空发动机结构强度与振动研 究。本文系第十一届中国航空学会航空发动机结构强度与振动学术会议优秀论文. 第18卷 第6期2003年12月 航空动力学报 Journal of Aerospace Power Vol.18No.6 Dec. 2003 文章编号:1000-8055(2003)06-0727-05 操作相关的发动机载荷谱模型 与仿真研究 宋迎东,孙志刚 (南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016) 摘要:以某型歼击机发动机重心法向过载谱为例,进行统计分析,建立了与操作相关的航空发动机载荷谱的数学模型,并验证了模型的合理性。研究表明:一个操作相关的发动机载荷谱可以用泊松随机过程描述,由持续时间分布和到达时间间隔分布以及载荷持续时间累积频次曲线和载荷穿级计数次数累积频次曲线等四个因素完全确定,其中持续时间和到达时间间隔均服从指数分布。在保证上述四个方面等效的基础上,提出了操作相关的载荷谱仿真方法,并对该发动机的重心法向过载谱进行了仿真,结果表明与实测载荷谱吻合较好,仿真方法可行。 关 键 词:航空、航天推进系统;航空发动机;载荷谱;操作;模型;仿真中图分类号:V 231.91 文献标识码:A Model and Simulation of Aeroengine Load S pectrum Related to Operation SONG Ying-dong,SUN Zhi-gang (Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China) Abstract :The paper presents a model of aero -engine load spectrum related to operation ,and makes a statistic analysis for vertical overload factor spectrum of a fighter engine center of gravi-ty.The model is proved reasonable.T he results show that load spectrum related to operation can be described by Poisson stochastic processes,w hich are completely determined by four factors such as distribution of loading duration ,distribution of loading arrival interval ,frequency accumu-lation curv e of loading duration and frequency accum ulation curve of loading level crossing by Level Crossing Counting.T he loading duration and the loading arrival interval yield exponent dis-tribution.Based on the equivalent of the four factors,a simulation m ethod for load spectrum relat-ed to operation is provided .As an example ,the vertical overload factor spectrum of the engine is sim ulated.The results are satisfactory and show that this simulation m ethod is correct. Key words :aerospace propulsion system;aero-engine;load spectrum;operation;m odel; simulation 文章编号：１００８－７８４２（２０１３）０２－００２１－０５ 基于随机载荷谱的构架疲劳强度研究 杨亮亮１，张尚敬２，傅茂海３，罗世辉１ （１ 西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川成都６１００３１； ２ 南京浦镇车辆有限公司 转向架开发部，江苏南京２１００３１； ３ 西南交通大学 机械工程学院，四川成都６１００３１ ）摘 要 考虑构架结构弹性振动的影响，基于随机载荷谱的方法对转向架构架进行疲劳寿命分析。为了定性地检验随机疲劳寿命的正确性，将计算得到的疲劳寿命薄弱区与基于ＵＩＣ方法理论计算及试验得到的疲劳强度危险区进行比较。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 中图分类号：Ｕ２６０．１１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ ．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０１３．０２．０６ 转向架是铁道机车车辆最核心的部件之一， 承担着车辆的牵引、制动和承载作用，直接影响到车辆运行的 安全性和可靠性。其中构架又是转向架的承载主体， 传递并衰减轮轨与车体的振动。随着运行速度的提高，轮轨之间的激扰频率也逐渐增大，构架在传递振动的过程中也会产生自身结构的弹性振动，可能会恶化构架局部 结构的受力状态，从而大大减低构架的疲劳寿命［ １］ 。所以， 有必要研究随机载荷谱下考虑悬挂振动和结构振动的构架疲劳寿命。此外，为了定性地检验随机疲劳寿命的正确性，将计算得到的疲劳寿命薄弱区与基于ＵＩＣ－ ＯＲＥ方法的疲劳强度危险区进行比较， 并作出相应的说明和建议。 １ 构架结构及其有限元模型 计算转向架构架采用焊接Ｈ型模式，其主结构由侧梁、横梁和制动横梁组成。其中，侧梁和横梁均为由上盖板、下盖板、腹板拼焊而成的箱型结构，制动横梁为无缝圆钢管结构，如图１、图２所示。侧梁外侧对称布置二系垂向和抗蛇行减振器座，中部焊接有二系空气弹簧安装座，下部焊接的轴箱定位转臂弹性节点座和一系弹簧筒；横梁中部焊接横向档座、抗侧滚扭杆安装座、横向减振器座和牵引拉杆座等；两根制动横梁上各焊接两个制动吊座。除转臂节点座、弹簧筒等铸钢件采用材料 ＺＧ２５ＭｎＮｉ（Ｂ级钢）外，构架其余结构均采用Ｑ３４５Ｅ低 合金高强度结构钢制造［ ２］ 。２ 构架疲劳强度分析 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ＭＢＳ与ＦＥＭ联合分析手段实现，其基本流程如图３所示。 １－倒梁；２－横梁；３－辅助横梁；４－抗侧滚扭杆座；５－横向挡座； ６－轴箱定位转臂座；７－牵引拉杆座；８－盘形制动吊座； ９－手制动安装座；１０－高度阀安装座；１１－横向减振器座；１２－空气弹簧安装座；１３－风管安装座；１４－抗蛇行减振器座；１５－二系垂向减振器座；１６－一系垂向减振器座。 图１ 构架结构组成 图２ 构架有限元模型 杨亮亮（１９８６—）男，安徽淮北人，博士研究生（修回日期：２０１２－１２－２０ ）第３３卷第２期２０１３年４月 铁道机车车辆ＲＡＩＬＷＡＹ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ ＆ＣＡＲ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．２ Ａｐ ｒ． ２０１３载荷谱
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