基于频域法的结构疲劳寿命预测方法研究

以Didik方法的雨流循环计数应力范围概率密度函数为依据，考虑长寿命区的S-N曲线，利用不完全Γ函数建立了一种宽带随机载荷谱下结构疲劳寿命计算的解析解法，为用频域法计算结构在宽带随机载荷谱下疲劳寿命提供了一种快捷方法。     

估算谱载荷下疲劳寿命的一种新方法

提出了一种新的估算谱载荷下疲劳寿命的工程当量等幅载荷公式近似方法。该算法只需要以等幅试验结果为基础,简便实用;同时又能够反映变幅疲劳的基本特性。试验评估结果表明,该方法的估算精度及适用性优于传统的Miner法则等其他4种理论。     

高速动力车轴应力谱分析及疲劳寿命可靠性预测

结合车辆系统在随机轨道谱激励下的动力响应与疲劳强度理论,以"中华之星"高速动力车轴为例,建立了动车系统的非线性动力学模型,仿真车辆在典型线路上的运行特性,获取作用于轮轴上的随机载荷谱。引入车轴材料的非线性本构关系,进行轮轴的有限元分析,得到车轴关键部位的应力时间历程,对其进行统计分析后得到各危险点的应力谱。在此基础上,运用局部应力应变法和累积损伤理论进行了车轴疲劳寿命估算和可靠性分析,得到不同可靠度下的疲劳寿命。当可靠度为0.9时,其疲劳寿命为16年。     

挖掘机工作装置疲劳寿命的预测

研究某液压挖掘机的疲劳失效,利用ANSYS软件分析工作装置的静态力学,确定实测疲劳应力关键点。根据实测数据信号分析应力谱,编制载荷谱,基于Miner疲劳损伤理论估算挖掘机动臂的疲劳损伤和寿命。计算结果表明:挖掘机动臂的疲劳寿命模拟结果与实测数据基本一致,预测结果可为挖掘机疲劳寿命预测提供数据参考。     

波浪载荷下海中观光塔铸钢节点疲劳强度验算

为正确估算铸钢节点的疲劳寿命,以杭州湾跨海大桥海中平台观光塔为例,提出了波浪载荷作用下铸钢节点疲劳强度的验算方法.采用统计学方法,将波浪载荷视为平稳随机过程,按修正的皮尔逊-莫斯柯维奇谱建立波浪的功率谱密度函数;采用谱分析方法计算应力响应功率谱,并归纳其概率特性;通过近似计算和选取性能相近材料的参数,计算获得了危险点的疲劳极限,并对危险点的疲劳强度进行了验算.结果表明:该观光塔危险点疲劳强度的安全系数可以达到3.     

识别转子平衡状态的一种方法

引入几个描述信号功率谱特征变化的特征因子，通过试验的方法，对转子轴承处振动响应信号的频谱做了较深入的研究，由此提出了一种识别转子平衡状态的方法，借助一个实例，验证了该方法的有效性。     

基于核密度估计的重载组合列车纵向载荷谱外推研究

针对目前1万t重载组合列车纵向载荷谱外推缺少载荷-次数数理统计表征的问题,采用基于核密度估计的非参数统计方法,克服载荷均值和幅值不遵循概率分布的特点.根据疲劳累积损伤理论,建立不同外推概率下,1万t重载组合列车纵向拉伸载荷-次数-损伤和压缩载荷-次数-损伤的关系,以此实现不同概率下拉伸载荷谱和压缩载荷谱的非参数统计外推...     

摩托车疲劳试验台载荷谱编制

介绍了应用于摩托车疲劳试验台载荷谱编制的主要方法,比较了现行的国内外在整车和试件方面进行疲劳载荷试验的方法,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,在原始数据预处理、畸点消除、载荷信号压缩方面提出了新的处理方式:采用突峰因子法消除失真信号,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.     

转向架构架载荷谱频域校准与建立方法

分析了时域内准静态载荷-应力传递关系, 以载荷间互谱密度的参数作为载荷耦合作用的表征量, 基于多轴频域疲劳基本理论推导了频域内等效应力的表达式; 得到了与多轴加载等效的分立载荷系的表达式; 为保证载荷谱计算损伤可以覆盖线路实测损伤, 以应力信号自功率谱密度的0阶谱矩作为表征损伤的参量, 约束载荷对测点损伤的贡献占比, 根据损伤一致性原则, 采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行载荷校准; 对国内某型地铁转向架构架进行线路测试, 获得了载荷和应力数据, 并进行了数据分析。研究结果表明: 载荷系中构架横向载荷的线路实测方差最大, 为5.08, 电机横向载荷方差最小, 为0.02;频域内考虑载荷耦合效应的损伤校准精度为1.08×10-5, 而采用时域分立谱的损伤校准精度为2.91×10-3, 频域法比时域法的校准精度提高了99.63%;频域内考虑耦合作用的载荷校准系数的综合调整倍数为31.81, 相比时域内采用分立谱校准系数的调整倍数下降了41.71%, 频域法的系数调整最大倍数为6.99, 时域法为15.68, 前者比后者降低了55.42%。可见: 频域内考虑载荷耦合作用的校准方法在误差精度上要优于时域内采用分立谱的校准方法; 频域法的系数调整比例的分散度低于时域法, 校准载荷更接近实测载荷, 校准结果可信度高; 由于校准过程中考虑了载荷间的关联性, 研究得到的载荷系可同时应用于试验台多轴加载以及仿真独立加载, 实现了2种加载方式的统一, 为构架载荷谱的建立方式提出了新思路。      

随机应力波形处理方法与疲劳寿命估算

本文讨论了处理随机应力波形的两种计数法及功率谱分析法,并通过实例将它们进行了比较循环应力幅统计结果及疲劳寿命估算结果表明:“四峰谷法”与“矩阵法”是两种具有相同计数效果的计数方法,功率谱分析法与计数法的寿命估算结果相近。     

左右轨道不平顺功率谱转换中心线功率谱的方法

利用关于左、右轨的轨道不平顺与关于轨道中心线的轨道不平顺之关系，借助周期图法谱估计和非线性最小二乘法的曲线拟合，把左、右轨的轨道不平顺功率谱密度等效转换成关于轨道中心线的功率谱密度。最后结合实例，给出了等效转换后的功率谱密度函数表达式的参数。     

关于轨道谱面积与TQI指标关系的研究

根据沪昆和金温两条不同线路的轨道不平顺检测数据,利用Matlab编程分别进行功率谱和TQI分析。然后利用梯形积分公式对各项轨道不平顺谱值进行积分,得出TQI单项指数与各轨道不平顺谱面积值具有很好的相关性,特别是在高低和轨向不平顺上,相关系数达到了0．91以上,从而验证了用轨道不平顺功率谱方法来控制和管理轨道平顺性的可靠性。最后建议将轨道不平顺功率谱作为控制提速线路轨道质量的主要指标之一。     

中国干线铁路轨道谱的拟合方法

为获得能够合理表征中国干线铁路轨道不平顺特征的轨道谱,提出了一种轨道谱拟合方法。根据轨道不平顺检测数据计算实测轨道谱,对实测轨道谱进行平滑与插值预处理,采用直接剔除法、三点逐段平均法和包络平均法消除计算轨道谱波形上出现的较大凸凹波形,应用3次样条插值法提高拟合的精度,利用非线性最小二乘优化算法拟合轨道谱。拟合结果表明:所提出的拟合方法是可行的,拟合谱能够较好地反映中国干线铁路轨道的不平顺特征。     

基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法

针对实测道路功率谱密度频率结构不同与汽车行驶速度变化引起的非平稳问题, 分析了现有路面不平度模型的准确性, 提出了一种基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法; 结合白噪声生成方法和离散功率谱密度的计算公式, 推导出了能够确保路面不平度计算功率谱与设计功率谱完全吻合的Band-Limited White Noise模块参数设定方法; 通过不同设定值组合的白噪声功率谱密度与路面不平度功率谱密度计算结果对比, 验证了所提出的Band-Limited White Noise模块参数设定值的准确性; 为解决频率指数不等于2的空间域内非平稳路面不平度建模问题, 提出了由1个基准项和若干个精度校正项组成, 且调制传递函数模的平方逼近具有任意频率指数的道路功率谱表达式; 为获取考虑车速变化影响的频率时变的时域内非平稳路面不平度输入模型, 基于空间路面不平度固定不变的原理, 提出了利用查表法, 获得变车速工况下时域内非平稳路面不平度; 通过空间域内非平稳路面不平度建模及考虑车速变化的非平稳路面不平度建模应用, 验证了所提建模方法的优越性。研究结果表明: 使用基于调制白噪声的非平稳路面不平度建模方法构建的空间域路面不平度功率谱曲线, 与应用实例中的设计目标曲线吻合良好, 且结合查表法可以有效地解决时变车速带来的时域内非平稳路面不平度建模问题。      

基于高铁轨道不平顺的车轮不圆顺识别模型

为获取高速运行车辆的车轮不圆顺幅值,并进一步研究轨道谱,建立一种基于轨道不平顺的车轮不圆顺幅值快速测量模型. 首先分析了车轮不圆顺在轨道不平顺检测数据中的分布规律,提出车轮不圆顺的密集采样方法,进而建立基于稀疏轨道不平顺数据的车轮不圆顺动态识别模型. 通过数值仿真研究发现:车轮不圆顺对基于惯性基准法测得的离散轨道不平顺数据的幅值影响较小,对频域（轨道谱）影响较大;车轮不圆顺会干扰波长小于和等于轮长的轨道不平顺检测数据,且对前者影响更大;车轮不圆顺对波长大于轮长的轨道不平顺数据也有影响,最大影响波长仅与车轮周长和轨道不平顺的采样间距有关;识别模型能有效地从轨道不平顺检测数据中提取车轮不圆顺,误差可控制在0.02 mm以内.      

基于小波变换的轨道不平顺信号分析

为消除轨检车速度不稳定对采集的轨道不平顺信号频谱分析的影响，利用Haar小波变换建立了原始信号瞬时频率与Haar小波系数的关系，以计算瞬时频率．根据求取的瞬时频率对采样信号进行内插和重采样，再对重采样信号进行傅立叶变换，即可得到消除了畸变的频谱．     

轨面短波不平顺对轮轨力影响的研究

轨面短波不平顺是轮轨作用力的主要影响因素。通过分析实测轨面短波不平顺数据,利用仿真计算研究不同轨面不平顺、不同运行条件下的车辆动力响应,比较分析动力响应计算结果有利于了解短波不平顺对运行列车的安全性和稳定性的影响。最后的结果分析为现场轨面短波不平顺的维修养护控制值提供一定的理论依据,并建议了轨面不平顺的控制值。     

单侧轨道不平顺数值模拟

采用傅立叶逆变换将轨道不平顺功率谱密度转换为时域不平顺序列,分析了美国轨道中心线各种不平顺的相关性。利用轨道中心线不平顺与左右轨道不平顺的关系,将中心线轨道不平顺等效转换为左右轨道的垂向和横向不平顺,通过车辆动力学仿真计算了轮轨作用力响应,并比较了美国五级谱单侧不平顺与中国干线谱不平顺。比较结果表明:各种中心线不平顺之间相关系数均小于0.3,为微弱相关,可视为统计独立的;中心线轨道不平顺响应与等效后的左右轨道不平顺响应的相关系数均大于0.8,为高度相关,验证了等效转换的正确性;美国五级谱单侧不平顺功率谱密度在低频部分高于中国干线谱,在高频部分则低于中国干线谱。     

基于小波变换的轨道不平顺信号分析

为消除轨检车速度不稳定对采集的轨道不平顺信号频谱分析的影响,利用Haar小波变换建立了原始信 号瞬时频率与Haar小波系数的关系,以计算瞬时频率.根据求取的瞬时频率对采样信号进行内插和重采样,再 对重采样信号进行傅立叶变换,即可得到消除了畸变的频谱.      

Robust Spectral Estimation of Track Irregularity

Because the existing spectral estimation methods for railway track irregularity analysis are very sensitive to outliers, a robust spectral estimation method is presented to process track irregularity signals. The proposed robust method is verified using 100 groups of clean/contaminated data reflecting he vertical profile irregularity taken from Bejing-Guangzhou railway with a sampling frequency of 33 data every 10 m, and compared with the Auto Regressive (AR) model. The experimental results show that the proposed robust estimation is resistible to noise and insensitive to outliers, and is superior to the AR model in terms of efficiency,, stability and reliability.