多轴随机振动加速疲劳载荷谱编制方法研究

摘要

车辆在运行过程中，由于轨道不平顺等各方面因素的影响，受到随机振动载荷作用。车上设备或结构在复杂载荷作用下，容易发生疲劳失效，对乘客生命和财产安全带来严重威胁。为了保证结构的高可靠性，在结构设计初期，应该对所设计结构进行疲劳试验，预估其疲劳寿命。若依据真实载荷谱对工程试件进行疲劳试验，将耗费大量时间和精力。因此，如何对实测得到的载荷谱进行压缩处理，使得压缩后的载荷谱跟实测载荷谱能达到相近的损伤量，并将其应用到试验研究中，对于节约时间精力，缩短研发周期有重要意义。
　　本文对载荷谱的预处理方法、随机振动的相关理论和参数概念进行了介绍。结构在复杂载荷作用下，各处应力状态通常表现为多轴形式。目前对多轴应力状态的结构疲劳寿命评估，大多采用将多轴应力状态转化为单轴应力状态的方法，因此接着介绍了等效应力方法和等效应力功率谱密度的获取方法，并对时域和频域分别进行疲劳寿命估算的流程进行了梳理。
　　本文对时域内几种常见加速方法和频域内加速编谱方法原理进行了介绍，并采用时间关联损伤的编辑方法和损伤等效理论对原始载荷谱进行加速编辑。对应力时间序列进行了分级处理，针对不同水平的应力时间序列，分别给出了加速编辑的最优参数。对线路实测载荷谱进行加速编辑获得加速载荷谱，从加速前后谱的频率内容，冲击响应谱与极限响应谱进行了对比分析，分析显示加速谱能保持与原始谱频率成分一致性，加速载荷谱最大极限响应谱在原始谱的冲击响应谱范围内，不会改变结构的疲劳失效模式。
　　本文考虑车辆设备或结构在运行状态中的真实受载情况，建立了车辆辅助安装座受多轴激励作用的有限元模型，分别以原始载荷谱和加速载荷谱为激励，在时域和频域内进行了结构焊缝疲劳损伤的计算。对比损伤值最大前20个单元的结果:时域加速编辑前后载荷谱激励所造成的损伤值最大误差为1.04％;频域加速前后载荷激励所造成的损伤值最大误差为8.55％。结果表明加速谱未改变失效机制，与原始谱具有相当的损伤量和相同的损伤分布。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1．1 课题背景

1．1．2 研究目的

1．1．3 研究意义

1．2 国内外载荷谱编辑方法研究状况

1．2．1 国内外时域载荷谱编辑研究状况

1．2．2 国内外频域载荷谱编辑研究状况

1．3 本文主要研究内容

第2章 随机振动理论与疲劳寿命计算方法

2．1 实测载荷谱的预处理

2．1．1 数据信号的平滑处理

2．1．2 毛刺信号

2．2．1 随机过程统计特性

2．2．2 随机振动参数特征

2．2．3 随机振动功率谱密度函数

2．2．4 功率谱密度估计

2．3 等效应力方法

2．3．1 最大主应力法

2．3．2 最大剪切应力法

2．3．3 Von Mises等效应力法

2．4 疲劳累积损伤理论

2．5 多轴随机振动疲劳分析方法

2．5．1 时域分析方法

2．5．2 频域分析方法

2．5．3 计算流程

2．6 本章小结

第3章 疲劳加速方法

3．1 时域加速方法

3．1．1 幅值扩大法

3．1．2 峰谷值抽取法

3．1．3 时间关联损伤编辑法

3．2 频域加速方法

3．2．1 冲击响应谱(SRS)

3．2．2 极限响应谱(ERS)

3．2．3 疲劳损伤谱(FDS)

3．2．4 合成随机振动PSD

3．3 本章小结

第4章 随机振动加速编辑方法研究

4．1 时域加速方法

4．1．1 载荷时间历程分类定义

4．1．2 单通道损伤编辑方法

4．1．3 多通道损伤编辑方法

4．2 频域加速方法

4．2．1 原始载荷谱PSD谱获取

4．2．2 频域加速方法

4．2．3 加速结果检验

4．3 本章小结

第5章 辅助安装座疲劳寿命加速对比分析

5．1 辅助安装座介绍

5．1．1 有限元模型

5．1．2 约束条件

5．1．3 辅助安装座材料机械性能

5．1．4 辅助安装座激励载荷

5．2 疲劳寿命计算

5．2．1 时域疲劳寿命计算

5．2．2 频域疲劳寿命计算

5．3 对比分析

5．3．1 时域编辑方法加速前后损伤结果对比

5．3．2 频域编辑方法加速前后损伤结果对比

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文