随机载荷特征参数提取与疲劳寿命预测智能系统开发
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摘要
在疲劳寿命预测过程中,对随机载荷的分析,大多采用的是考虑随机载荷的幅值和均值对疲劳损伤的影响,致使对随机载荷特征描述不够准确,影响寿命预测的准确性。
针对上述这一问题,本文在分析已有疲劳理论和方法的基础上,应用信号分析与处理技术、数理统计方法和分形理论,对随机载荷进行综合分析,提取了能够准确地描述随机载荷的特征参数,包括时域参数、频域参数和形状参数。
依据提取的特征参数建立了相似-疲劳寿命预测法。通过比较两个随机载荷的特征参数,判断其相似性。如果材料、加工、环境等条件都相同,并且两个随机载荷相似,则用相似-疲劳寿命法来预测寿命,即运用两个相似随机载荷的等效应力幅值关系、局部修正后的P-S-N曲线及其中一个随机载荷的寿命来计算另一个随机载荷的寿命。如果两个随机载荷不相似,则可以用P-S-N曲线和线性累积损伤理论估算疲劳寿命。
为通过软件自动实现以上方法,作者开发了随机载荷的特征参数提取与疲劳寿命预测智能软件系统,该系统具有随机载荷特征参数提取与基于随机载荷特征参数的疲劳寿命预测两大功能。系统利用VB和MATLAB技术,充分发挥这两个软件的优点,使开发的系统具有运算速度快、易于开发和维护以及操作简单的优点。利用VB和Microsoft Access数据库软件的接口技术来建立数据库,使数据库的操作灵活,功能完善。
The existent study on the random load during analyses of fatigue life prediction usually considers amplitude and mean of the load, in this way the random load can't be described exactly, accordingly the fatigue life can't be predicted accurately.
To solve this problem, using signal analyses technology, mathematical statistics method and fractal theory, the author abstracted parameters of the random load from these four aspects, amplitude, time domain, frequency domain, and shape of the random load.In this way, the random load can be described more exactly.
Based on these parameters, the author set up the similitude-fatigue life prediction method. If the two random loads are similar, use the relationship of the two equivalent stress amplitudes of the two similar load to predict the unknown life; If the two random loads are dissimilar, use the generally life prediction method, in detail. The P-S-N curve and Miner principle are used in life prediction with generally method.
The author also developed the fatigue life prediction system which was based on the parameters of random load for realizing the methd through software. It comprised two primary parts, extracting characteristic parameters and predicting fatigue life. Using technology of VB and MATLAB, the system took the advantages of them, so the system is provided with fast operational speed and friendly interface. Using the interface technology of VB and Microsoft Access software, the system was provided with convenience operation and perfect function.
针对上述这一问题,本文在分析已有疲劳理论和方法的基础上,应用信号分析与处理技术、数理统计方法和分形理论,对随机载荷进行综合分析,提取了能够准确地描述随机载荷的特征参数,包括时域参数、频域参数和形状参数。
依据提取的特征参数建立了相似-疲劳寿命预测法。通过比较两个随机载荷的特征参数,判断其相似性。如果材料、加工、环境等条件都相同,并且两个随机载荷相似,则用相似-疲劳寿命法来预测寿命,即运用两个相似随机载荷的等效应力幅值关系、局部修正后的P-S-N曲线及其中一个随机载荷的寿命来计算另一个随机载荷的寿命。如果两个随机载荷不相似,则可以用P-S-N曲线和线性累积损伤理论估算疲劳寿命。
为通过软件自动实现以上方法,作者开发了随机载荷的特征参数提取与疲劳寿命预测智能软件系统,该系统具有随机载荷特征参数提取与基于随机载荷特征参数的疲劳寿命预测两大功能。系统利用VB和MATLAB技术,充分发挥这两个软件的优点,使开发的系统具有运算速度快、易于开发和维护以及操作简单的优点。利用VB和Microsoft Access数据库软件的接口技术来建立数据库,使数据库的操作灵活,功能完善。
The existent study on the random load during analyses of fatigue life prediction usually considers amplitude and mean of the load, in this way the random load can't be described exactly, accordingly the fatigue life can't be predicted accurately.
To solve this problem, using signal analyses technology, mathematical statistics method and fractal theory, the author abstracted parameters of the random load from these four aspects, amplitude, time domain, frequency domain, and shape of the random load.In this way, the random load can be described more exactly.
Based on these parameters, the author set up the similitude-fatigue life prediction method. If the two random loads are similar, use the relationship of the two equivalent stress amplitudes of the two similar load to predict the unknown life; If the two random loads are dissimilar, use the generally life prediction method, in detail. The P-S-N curve and Miner principle are used in life prediction with generally method.
The author also developed the fatigue life prediction system which was based on the parameters of random load for realizing the methd through software. It comprised two primary parts, extracting characteristic parameters and predicting fatigue life. Using technology of VB and MATLAB, the system took the advantages of them, so the system is provided with fast operational speed and friendly interface. Using the interface technology of VB and Microsoft Access software, the system was provided with convenience operation and perfect function.
引文
1.王德俊.疲劳强度设计理论与方法[M],沈阳：东北工学院出版社,1990
2.王帆.高速客车转向架构架载荷特性及结构振动研究[D],北京：北京交通大学,2007
3.沙震.分形与拟合[M],浙江：浙江大学出版社,2005,15-20.
4.石博强,申焱华.机械故障诊断的分形方法[M],北京：冶金工业出版社,2001
5.袁菲.某火炮传动系统随机载荷下齿轮疲劳寿命预测方法研究[D],西安：西北工业大学,2006
6.孙志峰.转向架疲劳寿命预测新方法[D],北京：北京交通大学,2003
7.伍山峰.循环载荷作用下构件的失效寿命预估及可靠性分析[D],铁道部科学研究院,2000
8.牛留斌.提速客车车轴随机载荷及剩余寿命研究[D],北京：北京交通大学,2007
9.乔莉.摩托车车架系统疲劳寿命研究[D],重庆：重庆大学,2006
10.曾春华.疲劳分析方法及应用[M],北京：国防工业出版社,1991
11.焦晋峰.基于累积损伤及断裂力学理论的高强螺栓疲劳寿命预测[D],太原：太原理工大学
12. Jacoby G Comparison of fatigue estimation processes for irregularly loads [J]. Internal Aerospace Abstracts,1968,21(4):51-60.
13. Weibull W. Fatigue testing and analysis of results [J], London:Pergamon Press,1961,5(6):67-82.
14. Little R E, Jebe E H. Statistical design of fatigue experiments [J], London, Applied Science publishers, 1975,12(3):37-101.
15. Freudenthal A M. Safety of structure theory [J], New York:Marcel Dekker,1989,8(3):50-62.
16. Haugen E B. Probabilistic mechanical design [J], John Wiely and Sons,1980,5(2):12-15.
17.闫楚良.飞机寿命与中值载荷谱[J],中国科技月报,2000,8(3)：5-7.
18.冯新建,屈钧利.统计分析在钢构桥梁疲劳寿命评估中的应用[J],徐州建筑职业技术学院学报,1990,8(1)：5-7.
19.徐灏.概率疲劳[M],沈阳：东北大学出版社,1994
20.张迎辉.摩托车历程载荷测试及载荷谱编制的研究[D],沈阳：东北大学,2003
21. Conover J C, Jaeckal H, Kippola W. J. Simulation of Field Load-ink on Fatigue Testing [J], SAE 660102
22. Carse A.M, Crossland B. Accelerated Fatigue Testing [J], SAE:770266
23.高镇同,熊峻江.疲劳/断裂可靠性研究现状与展望[J],机械强度,1995,17(3)：8-10.
24.高镇同.疲劳应用统计学[M],北京：国防工业出版社,1986
25.倪侃,张圣坤,高镇同.二维概率MINER准则的试验数据验证[J],机械强度,1997,19(3)：52-56.
26.凌静,高镇同.多工况机械结构疲劳载荷的统计处理[J],机械强度,1992,14(2)：31-34.
27.顾明,陈健元.非对称循环载荷二维载荷潜编制的分析及计算程序[J],机械强度,1987,9(1)：5-7.
28.朱立,华国柱,焦宝仁.双参数计数法的随机随机载荷分析[J],农业机械学报,1984,6(2)：10-13.
29.刘唯信.机械可靠性设计[M],北京：清华大学出版社,1997,121-129.
30.傅惠民,高镇同.确定威布尔分布三参数的相关系数优化法[J],航空学报,1990,11(7)：10-12.
31.安新正,唐志强,李秋英等.粉喷桩竖向极限承载力概型分布研究[J],河北建筑科技院学报,2005,22(2)：10-12
32.张思俊,吴世伟,甘锋等.结构可靠度分析中随机变量分布函数的拟合检验[J],结构安全度与可靠度分析论文集,1988,2(3)：17-35.
33.张梅琳.应用统计学[M],上海：复旦大学出版社,2004,5-38.
34.罗鹏飞,张文明.随机信号分析与处理[M],北京：清华大学出版社,2006,33-82.
35.董连科.分形理论及其应用[M],辽宁科学技术出版社,1991,3-5.
36.汪富泉,李后强.分形一大自然的艺术构造[M],山东：山东教育出版社,1993
37. Berry M V, Lewis Z V. Study on the Weierstrass-Mandelbrot fractal function [J], Proc,1980,37(1):59
-484.
38.葛世荣.粗糙表面的分形特征与分形表达研究[J],摩擦学学报,1997,17(1)：73-79.
39.侯占峰.基于分形理论的路面不平度特性研究[D],南京：南京农业大学,2006
40.张萍,欧阳光耀.基于分形几何的信号特征提取技术及其应用研究[J],海军工程大学报,13(10)：31-33.
41.葛世荣,索双富.表面轮廓分形维数计算方法研究[J],摩擦学学报,1997,17(4)：354-361.
42.周宏伟.图像的分形维数计算方法及其应用[J],江苏理工大学学报,2001,22(6)：14-16.
43.谢和平,鞠杨.二维数字图像分形维数的计算方法[J],中国矿业大学学报,20(4)：19-24.
44.温松涛.货车转向架侧架疲劳分析[D],西南交通大学,2003
45.李荣.角焊缝搭接接头疲劳寿命预测研究[D],南京：东南大学,2006
46.平安.疲劳随机载荷编制准则与寿命预测的研究[D],沈阳：东北大学,1992
47.赵少汴.抗疲劳设计[M],北京：机械工业出版社,1995,378-385.
48.孙祥.MATLAB7.0基础教程[M],北京：清华大学出版社,2005,1-436.
49.王萍,聂伟强.Visual Basic程序设计基础教程[M],北京：清华大学出版社,2006,1-289.
50.董长虹,余啸海.Matlab接口技术与应用[M],北京：国防工业出版社,2003,72-211.
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52.王天花,万缨.Visual Basic程序设计实用教程[M],北京：清华大学出版社,2005,1-212.
2.王帆.高速客车转向架构架载荷特性及结构振动研究[D],北京：北京交通大学,2007
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4.石博强,申焱华.机械故障诊断的分形方法[M],北京：冶金工业出版社,2001
5.袁菲.某火炮传动系统随机载荷下齿轮疲劳寿命预测方法研究[D],西安：西北工业大学,2006
6.孙志峰.转向架疲劳寿命预测新方法[D],北京：北京交通大学,2003
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8.牛留斌.提速客车车轴随机载荷及剩余寿命研究[D],北京：北京交通大学,2007
9.乔莉.摩托车车架系统疲劳寿命研究[D],重庆：重庆大学,2006
10.曾春华.疲劳分析方法及应用[M],北京：国防工业出版社,1991
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49.王萍,聂伟强.Visual Basic程序设计基础教程[M],北京：清华大学出版社,2006,1-289.
50.董长虹,余啸海.Matlab接口技术与应用[M],北京：国防工业出版社,2003,72-211.
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52.王天花,万缨.Visual Basic程序设计实用教程[M],北京：清华大学出版社,2005,1-212.