第十一章 疲劳载荷谱

•引言•实测载荷数据处理•转向架构架疲劳试验载荷谱建立目•疲劳试验载荷谱分析•结论与展望录研究目的和意义回顾现有研究在实测载荷下进行转向架构架疲劳试验方面的研究现状。

提出当前研究中存在的问题和不足。

介绍转向架构架在轨道交通领域的应用和重要性。

详细描述本研究的研究方法和实施流程。

介绍数据采集和处理方法，包括载荷数据的采集和处理、信号处理等。

阐述基于实测载荷的转向架构架疲劳试验的实现方法和具体操作流程。

采集位置在列车运行过程中，每隔一段时间或按照特定的行驶模式进行数据采集。

采集时间数据存储实测载荷数据采集数据清洗数据转换数据归纳030201实测载荷数据处理方法趋势分析疲劳试验载荷谱制定特征提取数据处理结果03利用有限元分析方法01基于实测载荷数据02理论计算与实测数据结合建立方法数据采集和处理载荷时间历程载荷统计和处理建立载荷谱建立过程确定载荷边界条件验证试验有效性载荷谱结果平均应力交变应力最大应力载荷谱特征分析局部应力集中找出应力集中的部位，这些部位可能存在应力腐蚀或疲劳裂纹萌生的风险。

高应力区域识别承受高应力的关键部位，这些区域可能对构架的疲劳寿命产生较大影响。

关键连接部位分析连接部位的受力情况，确保这些部位在运行过程中保持稳定和可靠。

关键部位识别基于实测载荷的预测利用实测载荷数据，通过疲劳寿命预测模型估算构架的疲劳寿命。

基于应力-寿命曲线利用已知的应力-寿命曲线，根据分析得到的应力水平评估构架的疲劳寿命。

考虑多种影响因素考虑其他影响因素如材料性能、制造工艺、运行环境等对构架疲劳寿命的影响。

疲劳寿命预测数据分析疲劳试验设计实测载荷数据的获取研究结论研究不足与展望数据处理方法01试验条件02载荷谱适用性031 2 3转向架构架的疲劳寿命预测车辆运行安全性评估新型转向架构架研发工程应用前景。

转炉疲劳载荷谱的研究及其参数确定摘要载荷谱对于转炉疲劳极限的研究、疲劳寿命的预测具有重要的意义，本文简洁地阐述了雨流计数法的原理及其应用，并将其用于转炉的设计中，为定量地确定转炉疲劳设计参数做了有益的探讨，并在我院的多个转炉项目中推广应用，取得了良好的效果。

关键词：转炉，疲劳，载荷谱，雨流计数法The Analysis of Fatigue Load Spectra on the Converter andhow to determine Fatigue ParameterAbstractLoad spectra are important basis on which the study of fatigue limit of the converter ,the evaluation of its life limit are based. The paper briefly introduces the general principle of the Rain Flow Counting Method and its application，and applies them in the design of converter,It becomes basis of determining converter fatigue parameter on quantity and reference for future converter design.Keywords: converter，Fatigue ，Load Spectra ，Rain Flow Counting Method一．提出问题一九四九年奥地利科学家Voest-Alpine试制成功转炉炼钢法，并于一九五二年投入工业生产。

由于转炉具有效率高、投资省、成本低、原料适应性强、钢水质量好、品种多、适应于机械化和自动化生产等优点，它一诞生就获得了广泛地应用，并将过去占统治地位的平炉挤出了历史舞台，同电炉一道，成为当今炼钢的两大主要方法。

[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。

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3章疲劳载荷及分析理论 (1)3.1 疲劳载荷谱 (1)3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 (1)3.1.2 统计分析方法 (2)3.2 疲劳累积损伤理论 (3)3.2.1 概述 (3)3.2.2 线性累积损伤理论 (4)3.3起重机疲劳计算常用方法 (5)3.3.1 应力比法 (6)3.3.2 应力幅法 (6)3.4 疲劳寿命设计方法 (7)3.4.1无限寿命设计 (7)3.4.2 安全寿命设计 (8)3.4.3 损伤容限设计 (8)3.4.4 概率疲劳设计 (9)3.4 小结 (10)第3章疲劳载荷及分析理论疲劳载荷谱(fatigue load spectrum)是建立疲劳设计方法的基础。

根据研究对象的不同，施加在对象上的疲劳载荷也是不同的，所以在应用时要依据某种统计分析方法和理论进行分析。

3.1 疲劳载荷谱3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱载荷分为静载荷和动载荷两大类。

动载荷又分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。

周期载荷和非周期载荷可统称为疲劳载荷。

在很多情况下，作用在结构或机械上的载荷是随时间变化的，这种加载过程称为载荷—时间历程。

由于随机载荷的不确定性，这种谱无法直接使用，必须对其进行统计处理。

处理后的载荷—时间—历程称为载荷谱。

载荷谱是具有统计特性的图形，它能本质地反映零件的载荷变化情况[]。

为了估算结构的使用寿命和进行疲劳可靠性分析，以及为最后设计阶段所必需的全尺寸结构和零部件疲劳试验，都必须有反映真实工作状态的疲劳载荷谱。

实测的应力—时间历程包含了外加载荷和结构的动态响应的影响，它不仅受结构系统的影响，而且也受应力—时间历程的观测部位的影响。

将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱。

编谱的重要一环，是用统计理论来处理所获得的实测子样[]。

3.1.2 统计分析方法对于随机载荷，统计分析方法主要有两类：计数法和功率谱法[]。

由于产生疲劳损伤的主要原因是循环次数和应力幅值，因此在编谱时首先必须遵循某一等效损伤原则，将随机的应力—时间历程简化为一系列不同幅值的全循环和半循环，这一简化的过程叫做计数法。

机械零件疲劳载荷谱的方法研究作者：宋俊岭王波宋刚来源：《中国科技纵横》2014年第01期【摘要】在疲劳寿命估计的评估与机械设计方面，最为重要的基础就是机械零件疲劳载荷谱的系统编制，同时也成为了较为重要的凭证。

本文针对疲劳载荷开展细致的统计处理条件下，通过零均值转化的公式以及双参数的雨流计数法实行了妥善的处理方式，解决了非零均值所存在的不利影响，将幅值和均值的影响得出，从而将机械零件疲劳载荷谱的方法得出，希望得到一定的借鉴。

【关键词】机械零件疲劳载荷谱方法研究在零部件中所具备的随机疲劳载荷以及相应的应力需要对其明确，因为疲劳载荷一般具备着随机性、周期性以及时变性等，因此逐渐的凸显出复杂性，那么在一定程度上需要进行准确的计算。

1 数据处理载荷谱1.1 分析等效应力幅的概率分布函数在幅值频次的相关统计表当中，将数据的分布函数获取，所进行的数理统计当中，就是所谓的统计推断。

在一般情况下对参数的求解，会使用概率图的方式。

绘制概率图方面，一定要进行在概率纸中，若使用人工的绘制方式通常是较为吃力的，可是在Matlab当中主要给予了韦布尔概率和正态概率图。

通过wblplot（x）或者weibplot（x）命令，将韦布尔概率图有效绘制。

命令当中的x是样本中主要的数据向量[1]234-237。

1.2 载荷谱的无效幅值以及雨流计数法的舍弃存在疲劳损伤构件在于，应力循环以及应力幅值的次数，简化随机的载荷时间历程为半循环或者全循环的过程，就称作计数法。

现阶段，所实施的计数法在统计的角度上进行分析，能够分成双参数、单参数。

所涉及到的雨流计数法，在当下是非常合理的双参数技术方法，因为在实际载荷以及技术原理上，都能够相似于金属性零件中的循环应力，具备一定的力学性条件。

利用雨流计数法进行处理之后的结果，能够将频次、均值以及载荷幅值的关系得到。

可是，在一定程度上，也有些载荷不会对结构进行破坏，对待这样的小量循环，往往会叫做无效幅值。

习题和答案第一章1—5 已知循环最大应力m ax s ＝200MPa ，最小应力min 50MPa S =，计算循环应力变程S ∆、应力幅a S 、平均应力m S 和应力比R .解：max min 20050150S S S ∆=-=-= MPa752a SS ∆== MPa max min 2005012522m S S S ++=== MPamin max 500.25200S R S === （完)1—6 已知循环应力幅100a S =MPa ，R ＝0.2，计算max S 、min S 、m S 和S ∆. 解：2200a S S ∆== MPamax min 200S S S -=∆= MPa …………（a ） min max /0.2R S S ==……………………(b ）结合(a)、（b ）两式，计算得到：max 250S = MPa,min 50S = MPa则:max min ()/2(25050)/2150m S S S =+=+= MPa（完）第二章2—2 7075-T6铝合金等寿命图如本章图2.9所示，若a ）R ＝0.2,N ＝106;b ）R ＝－0.4,N ＝105试估计各相应的应力水平(max S ，min S ，a S ，m S )。

图2。

9 7075—T6铝合金等寿命图解：由图中可以得到：a ）max 380S = MPa ，min 80S = MPa 160a S = MPa ，230m S = MPab ）max 340S = MPa,min 130S =- MPa230a S = MPa ，100m S = Mpa（完）2-4 表中列出了三种材料的旋转弯曲疲劳试验结果，试将数据绘于双对数坐标纸上，并与由3100.9u S S =，6100.5u S S =估计的S －N 曲线相比较.注：*未破坏解:计算出各lg S 和lg N ,列于下表：假设：3100.9u S S =6100.5u S S =S －N 曲线表达式为：m S N C =（1）对（1）式两边取对数有：11lg lg lg S C N m m=- （2）结合上面的式子,可以得到:3/lg(0.9/0.5)11.8m == 11.83(0.9)10u C S =⨯或者：11.86(0.5)10u C S =⨯ （3） 对于A 组情况：430u S = MPa 则有：11.8311.8333(0.9)10(0.9430)10 3.427610u C S =⨯=⨯⨯=⨯代入（2）式，得：lg 2.840.08lg S N =- (a ）对于B 组情况：715u S = MPa 则有：11.8311.8336(0.9)10(0.9715)10 1.38310u C S =⨯=⨯⨯=⨯代入（2）式，得：lg 3.060.08lg S N =-（b ）对于C 组情况：1260u S = MPa 则有：11.8311.8339(0.9)10(0.91260)10 1.10810u C S =⨯=⨯⨯=⨯代入（2)式,得：lg 3.310.08lg S N =-（c ）将a 、b 、c 三式在坐标纸上标出，见下图.2—5 某极限强度u S ＝860MPa 之镍钢，在寿命f N ＝710时的试验应力值如下表，试作其Goodman 图，并将数据点与Goodman 直线相比较。

船舶结构设计中的疲劳强度分析一、引言随着人民生活水平的不断提高，海洋运输成为国际贸易中不可或缺的一部分，船舶结构的安全性和可靠性越来越受到重视。

而疲劳强度分析技术在船舶结构设计中具有重要的作用。

二、疲劳强度分析概述疲劳强度是指物体在交替应力作用下产生损伤的能力，通常用承受交替应力循环以致导致断裂所需的循环次数来表示。

而疲劳强度分析是通过计算某一结构在规定的载荷条件下的循环次数，确定该结构的疲劳寿命和疲劳强度，从而保证船舶结构的安全性和可靠性。

三、疲劳强度分析技术1. 疲劳载荷谱分析疲劳载荷谱分析是指对船舶在实际使用中所受到的载荷进行统计和分析，确定疲劳载荷谱。

通过对载荷谱分析，可以获得船舶在实际使用时所受到的疲劳载荷谱，为疲劳强度分析提供了重要的基础数据。

2. 有限元疲劳强度分析有限元疲劳强度分析是指采用有限元方法对船舶结构模型进行建模和分析，计算其在实际载荷条件下的疲劳强度。

该方法可以模拟船舶结构的实际使用情况，准确地计算疲劳强度，为船舶结构的设计提供科学依据。

3. 应力集中系数法疲劳强度分析应力集中系数法疲劳强度分析是指通过计算结构中应力集中系数，来评估结构在疲劳载荷下的疲劳性能。

该方法简单易行，适用于设计初期的疲劳强度评估。

4. 频域方法疲劳强度分析频域方法疲劳强度分析是指通过对结构的振动信号进行频域分析，计算出其疲劳强度。

该方法能够准确地计算某一结构的疲劳寿命和疲劳强度，但需要大量的数据处理，复杂度较高。

四、结构材料的疲劳特性船舶结构材料的疲劳特性是指材料在交替应力作用下的损伤特性。

不同种类的结构材料具有不同的疲劳特性。

一般来说，疲劳寿命越长的材料可以承受更多的循环次数，对于船舶结构的设计来说，需要选择具有较长疲劳寿命的材料，以确保结构的安全性和可靠性。

五、结论疲劳强度分析技术在船舶结构设计中具有重要的作用，可以评估船舶在疲劳载荷下的性能，为船舶结构的安全性和可靠性提供保障。

在选择结构材料时，需要考虑其疲劳特性，选择具有较长疲劳寿命的材料。

《设置悬挂吊车平板网架结构的疲劳载荷谱及疲劳寿命研究》篇一一、引言随着现代建筑和工程技术的不断发展，悬挂吊车平板网架结构因其独特的优势在各类工程项目中得到了广泛应用。

然而，这种结构在长期使用过程中，会受到各种复杂载荷的作用，导致结构产生疲劳损伤，进而影响其使用寿命和安全性。

因此，对悬挂吊车平板网架结构的疲劳载荷谱及疲劳寿命进行研究具有重要的现实意义。

二、疲劳载荷谱的设置1. 载荷来源分析- 悬挂吊车平板网架结构的主要载荷包括自身重量、外部载荷（如设备、人员、货物等）、风载荷以及吊装过程中产生的动态载荷等。

- 这些载荷的组合和变化对结构的疲劳性能产生重要影响。

2. 载荷谱的建立- 通过实地测量和模拟分析，收集各种工况下的载荷数据。

- 利用统计分析方法，处理和筛选出对结构疲劳性能影响较大的载荷数据，形成载荷谱。

- 考虑不同方向、不同频率和不同幅值的载荷组合，建立多维度的载荷谱。

3. 载荷谱的应用- 将建立的载荷谱应用于有限元模型或实际结构中，进行疲劳分析。

- 通过不断调整和优化载荷谱，使其更贴近实际工况，提高分析的准确性。

三、疲劳寿命的研究1. 疲劳分析方法- 采用应力-寿命法、应变-寿命法或损伤力学法等方法，对结构进行疲劳分析。

- 利用S-N曲线、雨流计数法等工具，评估结构的疲劳性能。

2. 影响因素分析- 结构材料的选择和性能对疲劳寿命有重要影响，如材料的强度、韧性、抗疲劳性能等。

- 结构形式和尺寸也会影响其疲劳性能，如网格尺寸、吊车运行轨道等。

- 环境因素如温度、湿度、腐蚀等也会对结构的疲劳性能产生影响。

3. 疲劳寿命预测与优化- 基于上述分析，预测结构的疲劳寿命，并对其进行优化设计。

- 通过改变结构形式、材料选择、工艺方法等手段，提高结构的抗疲劳性能。

- 结合实际工程需求，制定合理的维护和检修计划，延长结构的使用寿命。

四、结论与展望通过对悬挂吊车平板网架结构的疲劳载荷谱及疲劳寿命进行研究，我们能够更准确地评估结构的性能和安全性。

1、 飞机所受的载荷可以归纳为哪两类？（表面力和质量力）2、 飞机的表面力包括哪些内容？P1飞行中的空气动力,发动机推力,着陆时的地面冲击力3、 飞机的质量力与什么成正比？它包括哪些内容？P1与质量m 成正比例,包括重力,以及由法向加速度和切向加速度决定的惯性力.4、 什么叫过载？它是矢量还是标量？通常所说的过载是指的哪个方向？ P2作用于飞机或部件上载荷的程度可用无量纲的过载值n 表示, 过载n 可理解为合力R bi 与飞机重力G 之比. 过载n 是矢量, 通常所说的过载是指法线方向.5、试证明飞机在垂直面内以匀速v 沿半径为R 的圆弧曲线俯冲时，飞机到最低点时的法向过载n y 最大，并且2max 1y v n gR=+。

P2-3 画P.1图1-1(大概画一下),1)写公式1-4第二个,2)公式1-5,3)公式1-6第二个,4)公式1-8上面的一行文字及公式1-8.6、试证明飞机在水平面内以匀速v 作圆弧盘旋时，盘旋半径R 越小，过载n y 越大。

P31)G=LCOSr 2)n y =1/G=1/cosr 3)Lsinr=mv 2/R 4)R h = mv 2/Lsinr = mv 2/Gn y=v 2所以盘旋半径R 越小，过载n y 越大.7、什么是飞机的使用载荷和设计载荷？16页是飞机在正常使用中所允许达到的最大载荷。

设计载荷即为极限载荷，是飞机及各构件在该载荷作用下不应破坏的载荷。

8、什么是飞机载荷的安全系数？为什么要引入安全系数？17页安全系数为设计载荷与使用载荷之比。

1、在使用载荷作用下，飞机结构没有永久变形或屈服。

2、在使用时可能出现超过规定的机动动作，从而出现大于规定的使用载荷。

3、结构中可能存在初始缺陷。

4、设计和试验精度引起的误差。

5、重复载荷作用和刚度的要求。

9、为什么飞机载荷的安全系数一般取为1.5？哪些情况下会取更大的安全系数？哪些情况下会取更小的安全系数？17页在经常重复的且作用时间长的载荷，其安全系数f 会取大点，一般为2；比如飞机着陆时的冲击载荷为经常重复、作用时间短的载荷，取1.65-1.8，而对于弹射座椅等一次使用的零件强度，安全系数可取小一点f=1.2510、安全系数取得太大或太小会有什么不良后果？太大浪费材料，增加重量，造成飞机性能下降；太小容易变形，超过其承受的载荷，安全性下降。

疲劳载荷谱
疲劳载荷谱是指衡量或模拟结构物在其寿命内受到的疲劳载荷的统计数据。

它描述了结构物在不同时间点或时间段内所受到的载荷大小和频率。

疲劳载荷谱的构建通常需要进行大量的实验测量或使用计算机模拟技术。

在实验测量中，可以通过使用应变计、加速计、压力传感器等传感器对结构物所受到的加载进行监测和记录。

通过多次重复加载，并将测量结果进行统计分析，就可以得到相应的疲劳载荷谱。

在计算机模拟中，可以通过有限元分析等方法对结构物在不同工况下的载荷进行模拟。

通过对结构物所受到的载荷进行统计分析，就可以得到相应的疲劳载荷谱。

疲劳载荷谱对于结构物寿命评估和疲劳强度设计具有重要意义。

它可以用于确定结构物在预期的使用寿命内是否会发生疲劳破坏，并为疲劳强度设计提供基础数据。

疲劳载荷谱的准确性和合理性对于结构物的安全性和可靠性具有关键影响。