疲勞載荷譜簡述(1)

疲勞載荷譜(fatigue load spectrum)是建立疲勞設計方法的基礎。根據研究對象的不同,施加在對象上的疲勞載荷也是不同的,所以在應用時要依據某種統計分析方法和理論進行分析。

疲勞載荷譜

疲勞載荷譜及其編譜

載荷分為靜載荷和動載荷兩大類。動載荷又分為周期載荷、非周期載荷和沖擊載荷。周期載荷和非周期載荷可統稱為疲勞載荷。在很多情況下,作用在結構或機械上的載荷是隨時間變化的,這種加載過程稱為載荷—時間歷程。由于隨機載荷的不確定性,這種譜無法直接使用,必須對其進行統計處理。處理后的載荷—時間—歷程稱為載荷譜。載荷譜是具有統計特性的圖形,它能本質地反映零件的載荷變化情況。為了估算結構的使用壽命和進行疲勞可靠性分析,以及為最后設計階段所必需的全尺寸結構和零部件疲勞試驗,都必須有反映真實工作狀態的疲勞載荷譜。

實測的應力—時間歷程包含了外加載荷和結構的動態響應的影響,它不僅受結構系統的影響,而且也受應力—時間歷程的觀測部位的影響。將實測的載荷—時間歷程處理成具有代表性的典型載荷譜的過程稱為編譜。編譜的重要一環,是用統計理論來處理所獲得的實測子樣。

◆統計分析方法

對于隨機載荷,統計分析方法主要有兩類:計數法和功率譜法。由于產生疲勞損傷的主要原因是循環次數和應力幅值,因此在編譜時首先必須遵循某一等效損傷原則,將隨機的應力—時間歷程簡化為一系列不同幅值的全循環和半循環,這一簡化的過程叫作計數法。功率譜法是借助傅氏變換,將連續變化的隨機載荷分解為無限多個具有各種頻率的簡單變化,得出功率譜密度函數。在抗疲勞設計中廣泛使用計數法。

目前,已有的計算法有十余種之多,同一應力—時間歷程用不同計數法編制出的載荷譜有時會差別很大。當然,按照這些載荷譜來進行壽命估算或試驗,也會給出不同的結果。從統計觀點上看,計數法大體分為兩類:單參數法和雙參數法。

所謂單參數法是指只考慮應力循環中的一個變量,例如,峰谷值、變程(相鄰的峰值與谷值之差),而雙參數法則同時考慮兩個變量。由于交變載荷本身固有的特性,對任一應力循環,總需要用兩個參數來表示。其代表是雨流計數法。

雨流計數法是目前在疲勞設計和疲勞試驗中用的最廣泛的一種計數方法,是對隨機信號進行計數的一種方法的一種。雨流計數法與變程對—均值計數法一樣具有比較嚴格的力學基礎,計數結果介于峰值法和變程法之間,tigong比較符合實際的數據。雨流法是建立在對封閉的應力—應變遲滯回線逐個計數的基礎上,它認為塑性的存在是疲勞損傷的必要條件,從疲勞觀點上看它比較能夠反映隨機載荷的全過程。由載荷—時間歷程得到的應力—應變遲滯回線與造成的疲勞損傷是等效的。

應該指出,所有現行計數法均未記及載荷循環先后次序的信息資料。因為載荷先后次序的影響總是存在的,但如果將簡化后的程序載荷譜的周期取短一些,則載荷先后次序的影響會減小至最小程度,這點已被荷蘭國家宇航實驗室的試驗結果證實。


登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

1
2