CN110031198B - 一种考虑能量的应变载荷谱编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，其步骤为：1)采集待测件的原始应变谱；2)采用雨流计数法对原始应变谱进行处理，编制得到程序载荷谱I；3)判断程序载荷谱I与原始应变谱的能量是否相等，如否，进行步骤4)，反之，此时的程序载荷谱I即为最终程序载荷谱；4)令当前调整次数p为1，调整程序载荷谱I的低幅频次；5)判断调整p次后的程序载荷谱I与原始应变谱的能量是否相等，如否，则令p＝p+1，返回步骤4)，反之，此程序载荷谱I即为最终程序载荷谱。本发明引入能量定量描述应变载荷谱与实际载荷谱由于雨流计数法统计造成的差异，通过调整载荷谱的低幅频次，提高所得载荷谱与实际载荷谱的一致性。

Description

一种考虑能量的应变载荷谱编制方法

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，涉及一种考虑能量的应变载荷谱编制方法。

背景技术

工程机械的零件众多，在使用过程中各零件受到的载荷是实时变化的，载荷谱即为零件在使用过程中其应变或者载荷随时间变化的折线图，载荷谱能够用以记录零件在生命周期中的载荷信息。实际载荷谱可以精确的反映零件的使用信息，但是完整的实际载荷谱较为复杂，对完整的实际载荷谱进行研究会浪费大量的时间和资源。因此在实际零件的实验研究过程中多需对原始载荷谱进行编制，在保证加载效果相同的前提下，缩短载荷谱的时间，以提高研究效率。

对于如何对原始载荷谱进行编制，相关研究人员开展了诸多研究，Ahdullah采用Wavelet Bump Extraction算法进行筛选，将无损伤的频带进行删除，保留记录损伤较大的频带及其时间序列；Aakadhim使用时域损伤编辑技术对应力应变信号做处理，同时用有限元等技术缩短了载荷谱时间；Khosrovameh通过对雨流计数矩阵的形成过程进行研究，构建了两种基于二维雨流计数的载荷时域重构方法，并在此基础上改进雨流计数法；Amzallage和Grerey等提出了四点雨流计数法的构想，并以此为基础给出了重构时域载荷。雨流计数法是目前编制应变载荷谱最常用的方法，其是在计数过程模拟雨滴从塔顶滴落，统计载荷谱中幅值和均值出现的频次，记录了循环载荷和局部应力-应变滞回特性关系进而编制应变载荷谱，其统计结果可以直接用于计算零件的疲劳损伤。

虽然使用雨流计数法编制应变载荷谱能够有效提高研究效率，但由于雨流计数法的特性，其在统计过程中只保留峰值和谷值，非峰谷值将被舍弃，峰谷值判断依据如下：有P_i-1、P_i和P_i+1三个点，必须满足

(P_i-P_i-1)(P_i-P_i+1)＞0；

其实际情况如图1和2所示，通过雨流计数法进行统计后的情况分别如图3和4所示，比较后发现采用雨流计数法编制的应变载荷谱与真实的应变载荷谱存在较大地差异。

因此，开发一种所得应变载荷谱更符合实际情况的应变载荷谱编制方法极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所得应变载荷谱与实际情况差别较大的缺陷，提供一种所得应变载荷谱更符合实际情况的应变载荷谱编制方法，本发明引入能量定量描述应变载荷谱与实际载荷谱由于雨流计数法统计造成的差异，通过调整应变载荷谱的低幅频次以降低应变载荷谱与实际载荷谱的能量差，进而减小所得应变载荷谱与实际情况差别。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，步骤如下：

(1)采集待测件的原始应变谱；

(2)采用雨流计数法对原始应变谱进行处理，编制得到程序载荷谱I；

(3)判断程序载荷谱I与原始应变谱的能量是否相等，如否，进行步骤(4)，反之，此时的程序载荷谱I即为最终的程序载荷谱；

(4)令当前调整次数p为1，调整程序载荷谱I的低幅频次；

(5)判断调整p次后的程序载荷谱I与原始应变谱的能量是否相等，如否，则令p＝p+1，返回步骤(4)，反之，调整p次后的程序载荷谱I即为最终的程序载荷谱。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，所述采用雨流计数法对原始应变谱进行处理，编制得到程序载荷谱I的具体步骤如下：

(1)用统计理论处理随机载荷，并用雨流计数法将微应变处理为一系列全循环或者半循环，得到均幅值三维柱状图；

(2)分别对均值直方图和幅值直方图进行拟合，得到概率密度曲线，进一步求得载荷二维联合概率密度分布；

(3)将幅值和均值分为不同的层级，分别统计出各个层级的均幅值频次，得到相应层级的程序载荷谱，即得程序载荷谱I。本发明的采用雨流计数法对原始应变谱进行处理编制得到程序载荷谱I的方法并不仅限于此，其他通过雨流计数法编制得到程序载荷谱的方法也可适用于本发明，本发明的核心在于通过能量法对雨流计数法带来的误差进行修正，提高所得应变载荷谱与实际应变载荷谱的一致性。

如上所述的一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，所述能量为能量密度。本发明所述的能量并不仅限于能量密度，其他能够反映载荷谱能量和的参数也可适用于本发明。

如上所述的一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，所述程序载荷谱I的能量是通过将待测件的材料参数及程序载荷谱I中的应变参数带入依据ESED准则局部应力应变计算公式建立的模型内计算得到的。本发明的程序载荷谱I的能量的计算方法并不仅限于此，此次仅以此为例，其他能够计算得到程序载荷谱I的能量的方法也可适用于本发明。

如上所述的一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，所述原始应变谱的能量是通过对能量谱密度曲线进行拟合得到该曲线的数学表达式，进而对该曲线的数学表达式进行积分得到的。本发明的原始应变谱的能量的计算方法并不仅限于此，此次仅以此为例，其他能够计算得到原始应变谱的能量的方法也可适用于本发明，但原始应变谱和程序载荷谱I的能量的类型及单位相同。本发明的原始应变谱的能量的具体计算过程为：首先通过Ncode软件得到能量谱密度曲线，然后对曲线进行拟合得到其表达式方程，最后在频域内对其积分即可得到原始应变谱的能量。

发明机理：

目前针对雨流计数法绘制载荷谱存在的不足，主要是通过对雨流计数的载荷时域进行重构，进而改进其绘制方法的。雨流计数法因其统计方式的问题即舍弃非峰谷值，其缺陷本身是无法避免的，本领域技术人员并未考虑如何补偿修正这一缺陷，也未能克服这一缺陷，而本发明，引入能量作为考察指标，定量描述应变载荷谱与实际载荷谱的差异，再通过调整程序载荷谱的低幅频次以调整程序载荷谱的能量，进而降低应变载荷谱与实际载荷谱的能量差，提高所得应变载荷谱与实际应变载荷谱的一致性。

有益效果：

本发明的一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，引入能量定量描述应变载荷谱与实际载荷谱由于雨流计数法统计造成的差异，通过调整应变载荷谱的低幅频次以降低应变载荷谱与实际载荷谱的能量差，进而提高了所得应变载荷谱与实际应变载荷谱的一致性，极具应用前景。

附图说明

图1和2为实际应变载荷谱中的一数据图；

图3和4分别为图1和2对应数据经雨流计数法统计后所得数据；

图5为本发明的一种考虑能量的应变载荷谱编制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步阐述。

实施例1

一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，其步骤如图5所示：

(1)采集待测件的原始应变谱；

(2)用统计理论处理随机载荷，并用雨流计数法将微应变处理为一系列全循环或者半循环，得到均幅值三维柱状图；

(3)分别对均值直方图和幅值直方图进行拟合，得到概率密度曲线，进一步求得载荷二维联合概率密度分布；

(4)将幅值和均值分为不同的层级，分别统计出各个层级的均幅值频次，得到相应层级的程序载荷谱，即得程序载荷谱I；

(5)通过对能量谱密度曲线进行拟合得到该曲线的数学表达式，进而对该曲线的数学表达式进行积分得到原始应变谱的能量密度；

(6)通过将待测件的材料参数及程序载荷谱I中的应变参数带入依据ESED准则局部应力应变计算公式建立的模型内计算得到程序载荷谱I的能量密度；

(7)判断程序载荷谱I与原始应变谱的能量密度是否相等，如否，进行步骤(8)，反之，此时的程序载荷谱I即为最终的程序载荷谱；

(8)令当前调整次数p为1，调整程序载荷谱I的低幅频次；

(9)判断调整p次后的程序载荷谱I与原始应变谱的能量密度是否相等，如否，则令p＝p+1，返回步骤(8)，反之，调整p次后的程序载荷谱I即为最终的程序载荷谱，调整p次后的程序载荷谱I的能量密度的计算方法与步骤(6)相同。

对比例1

一种应变载荷谱编制方法，其步骤与实施例1基本相同，不同在于其没有步骤(5)～(9)，程序载荷谱I即为最终的程序载荷谱。

实施例1和对比例1采用同一零件相同的原始应变谱分别得到程序载荷谱，计算其各自的能量密度后发现，实施例1所得的程序载荷谱的能量密度与原始应变谱的能量密度相同，而对比例1所得的程序载荷谱的能量密度比原始应变谱的能量密度小约20％。对比可以发现，本发明的考虑能量的应变载荷谱编制方法所得的程序载荷谱相比于雨流计数法所得的程序载荷谱，能够更为真实的反映原始应变谱，其与实际应变载荷谱的一致性更佳。

经验证，本发明的考虑能量的应变载荷谱编制方法引入能量定量描述应变载荷谱与实际载荷谱由于雨流计数法统计造成的差异，通过调整应变载荷谱的低幅频次以降低应变载荷谱与实际载荷谱的能量差，进而提高了所得应变载荷谱与实际应变载荷谱的一致性，应用前景好。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，在不违背本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权力要求书限定。

Claims (2)

1.一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，其特征是：步骤如下：

(1)采集待测件的原始应变谱；

(2)采用雨流计数法对原始应变谱进行处理，编制得到程序载荷谱I；

(3)判断程序载荷谱I与原始应变谱的能量密度是否相等，如否，进行步骤(4)，反之，此时的程序载荷谱I即为最终的程序载荷谱；

(4)令当前调整次数p为1，调整程序载荷谱I的低幅频次；

(5)判断调整p次后的程序载荷谱I与原始应变谱的能量密度是否相等，如否，则令p＝p+1，返回步骤(4)，反之，调整p次后的程序载荷谱I即为最终的程序载荷谱；

所述程序载荷谱I的能量密度是通过将待测件的材料参数及程序载荷谱I中的应变参数带入依据当量应变能密度准则局部应力应变计算公式建立的模型内计算得到的；

所述原始应变谱的能量密度是通过对能量谱密度曲线进行拟合得到该曲线的数学表达式，进而对该曲线的数学表达式进行积分得到的。

2.根据权利要求1所述的一种考虑能量的应变载荷谱编制方法，其特征在于，所述采用雨流计数法对原始应变谱进行处理，编制得到程序载荷谱I的具体步骤如下：

(1)用统计理论处理随机载荷，并用雨流计数法将微应变处理为一系列全循环或者半循环，得到均幅值三维柱状图；

(2)分别对均值直方图和幅值直方图进行拟合，得到概率密度曲线，进一步求得载荷二维联合概率密度分布；

(3)将幅值和均值分为不同的层级，分别统计出各个层级的均幅值频次，得到相应层级的程序载荷谱，即得程序载荷谱I。

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