铁路运输非高斯随机振动环境模拟技术研究

摘要

铁路运输过程中,由于路况和运行状态等各种因素而产生振动与冲击,这种振动环境可能导致车载设备及运输货物的疲劳破坏。这些环境因素均具有较大的随机性,各种随机因素共同作用引起的振动环境同样也是随机的。这种振动环境具有非高斯特性,对这种非高斯振动环境的模拟是本文的重中之重。
　　本文主要围绕“非高斯随机振动环境的模拟技术”展开一系列研究:
　　(1)根据传统模拟高斯随机过程的方法,和最近国内外学者对非高斯随机过程的模拟方法,研究推导了偏斜度、峭度与相位角的关系公式,从而可知改变相位角可以改变信号的非高斯特性。根据该关系公式,采用相位调制法来改变峭度和偏斜度,经反复快速傅里叶变换(FFT)与逆变换(IFFT),最终可以精确地得到与目标信号功率谱密度相同而且偏斜度、峭度可控的非高斯随机信号。通过大量数值仿真,进一步验证模拟算法的可靠性。
　　(2)将包装件假设为一个单自由度系统,研究在非高斯随机激励下的系统响应特性,分析系统输入激励特性(均值、均方根和峭度),与系统固有特性(系统阻尼比、系统固有频率)对系统响应的影响。将模拟的非高斯信号作为系统的输入,通过系统之间传递函数计算得到系统响应,进而验证了响应特性,得出结论高斯激励的响应也为高斯的,非高斯激励的激励得到的响应也为非高斯的。为包装件在非高斯随机响应应力下的疲劳损伤分析做下铺垫。
　　(3)根据疲劳相关理论,做了非高斯随机应力下构件的疲劳损伤理论分析,得出应力带宽,和非高斯性均对疲劳损伤累积快慢有影响,超高斯随机应力响应对构件造成疲劳损伤累积速度大于高斯和亚高斯。并提出了基于Monte-Carlo法的随机应力的疲劳损伤预测方法。对高斯应力响应,超高斯应力响应和亚高斯应力响应,分别做了疲劳寿命预测分析,验证了结论:不同幅值分布特性的响应应力造成的构件疲劳损伤:超高斯>高斯>亚高斯,说明了本文研究非高斯随机振动模拟技术的实际意义。
　　综上所述:本文完成了一下内容,铁路振动环境分析,非高斯随机响应应力疲劳分析,非高斯随机过程模拟,和非高斯随机激励下的系统响应分析。为今后铁路货物包装件的疲劳可靠性试验,和包装设计提供理论依据。为非高斯振动环境模拟技术提供了指导。

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英文摘要

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1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2拟选课题的国内外动态、水平

1.3该领域目前存在的问题

1.4 研究思路与内容安排

2 非高斯随机振动信号模拟技术

2.1概述

2.2传统高斯随机信号模拟方法

2.3 相位角对非高斯特性的影响分析

2.4基于相位调制的对称分布非高斯随机振动信号模拟方法

2.5基于相位调制的非对称分布非高斯随机振动信号模拟方法

2.6 数值仿真算例

2.7 本章小结

3 非高斯随机激励下的系统响应分析

3.1系统动力响应分析的目的和意义

3.2数值仿真分析

3.3本章小结

4 非高斯随机应力下的结构疲劳分析

4.1 疲劳理论

4.2非高斯应力下疲劳理论分析

4.3 随机应力作用下的结构疲劳寿命预测

4.4 疲劳寿命预测的数值分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献