一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法技术

本发明专利技术涉及一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法，涉及时频测量技术领域。本发明专利技术通过对现今载荷极值外推方法和理论的介绍和优缺点对比，从实际需要出发，选择载荷函数法作为履带车辆传动轴载荷极值外推的理论基础，将Anderson‑Darling(AD)统计量作为拟合优度的度量尺度，拟合出各挡位下载荷幅值和均值的概率密度函数，且考虑了传动轴的极限扭转强度，对载荷极值做出了合理外推。

An extrapolation method for load extremum of transmission shaft based on load function method

The invention relates to a drive shaft load extreme value extrapolation method based on load function method, and relates to the field of time-frequency measurement technology. By introducing the extrapolation method and theory of the current load extremum and comparing the advantages and disadvantages of the present invention, the load function method is selected as the theoretical basis of the extreme extrapolation of the load value of the tracked vehicle transmission shaft from the actual needs, and the Anderson Darling (AD) statistic is used as the measure scale of the goodness of fit, and the load amplitude of each block is fitted out. And the probability density function of the mean value, and considering the ultimate torsional strength of the transmission shaft, a reasonable extrapolation of the load extremum is made.

【技术实现步骤摘要】
一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法
本专利技术涉及时频测量
，具体涉及一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法。
技术介绍
载荷极值是反映构件受载情况的重要特征，载荷极值可以决定单个载荷循环对构件造成的最大疲劳损伤，所以载荷极值对构件的材料和结构设计具有重要影响。载荷极值指的是由实测扭矩-时间历程统计得到的雨流循环幅值和均值的极值。由于受到实测载荷数据样本总量的限制，在载荷试验中往往采集不到构件最极端的受载情况，实测载荷极值与设计寿命内的载荷极值有一定的差距，所以需要采用适当的方法对实测载荷极值做外推，使其接近设计寿命载荷极值。载荷极值外推是载荷外推的一方面，而载荷外推要求实测载荷数据具有代表性，能反映构件实际受载情况。通过实测载荷数据统计得到的载荷极值，如果将其乘以外推因子1.1～1.5作为外推载荷极值，这种方法虽然操作简单，但是会导致外推极值偏小，使得由此编制得到的载荷谱偏于保守，不能完全反映构件在设计使用寿命内的工作情况。现今常用的载荷极值外推方法主要基于载荷统计和分布特性的数理统计理论。载荷极值外推的累积超频曲线延伸法没有考虑到载荷均值可变性产生的影响，而概率纸法计算量大，且可靠性不能保证，对载荷极值外推准确性干扰较大。极值理论法虽然对载荷数据后尾特性拟合较好，但是要求较大的样本数据量，且理论复杂，应用不成熟，还处于热点研究阶段。而载荷函数法是在雨流计数结果的基础上做载荷极值外推，直接对载荷循环频次分布规律做拟合，具有较高的研究基础和应用价值。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何实现传动轴载荷极值外推。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法，包括以下步骤：步骤1、确定载荷均幅值独立分布特性采用雨流矩阵作为实测载荷数据雨流计数结果的表达方式，得到载荷幅值和均值作为实测载荷数据雨流计数结果；将载荷幅值和均值视为二维随机变量，从各挡位的雨流矩阵统计出均幅值分别对应的频次数据，即幅值-频次直方图和均值-频次直方图；步骤2、载荷均幅值独立分布拟合载荷幅值分布用对数正态分布或威布尔分布分别对均幅值进行拟合，载荷均值分布用正态分布、三参数对数正态分布或三参数威布尔分布分别对均幅值进行拟合，拟合优度设为AD值，选择AD值较小的分布作为均幅值的拟合分布，进而得到各挡位均幅值独立分布的拟合参数；步骤3、载荷均幅值极值推断比较均幅值独立分布的拟合参数，选择载荷幅值和均值的分布拟合形式分别为对数正态分布和正态分布；设载荷幅值变量为X，载荷均值变量为Y，载荷幅值的对数正态概率密度函数表达为:式中，μ和σ分别为载荷幅值的位置和尺度参数；设p为推断概率，由上式得出幅值的极大值推断公式为则由上面的积分公式得到载荷幅值的极大值xmax；载荷均值的正态概率密度函数表达为式中，μ'为正态分布的均值，σ'为正态分布的标准差；当选择p为推断概率时，由上式得出均值极大值和极小值的推断公式为则由上面的积分公式得到载荷均值的极大值和极小值分别为ymax和ymin。优选地，步骤1中，将雨流矩阵中相同幅值或均值的频次求和，从而得到各挡位载荷频次关于均幅值的独立分布结果，即幅值-频次直方图和均值-频次直方图。优选地，步骤2中，载荷幅值分布用对数正态分布或威布尔分布分别对均幅值进行拟合，载荷均值分布用正态分布、三参数对数正态分布或三参数威布尔分布分别对均幅值进行拟合时，置信度设置为95％。优选地，步骤3中，推断概率p为106。(三)有益效果本专利技术通过对现今载荷极值外推方法和理论的介绍和优缺点对比，从实际需要出发，选择载荷函数法作为履带车辆传动轴载荷极值外推的理论基础，将Anderson-Darling(AD)统计量作为拟合优度的度量尺度，拟合出各挡位下载荷幅值和均值的概率密度函数，且考虑了传动轴的极限扭转强度，对载荷极值做出了合理外推。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术通过对现今载荷极值外推方法和理论的介绍和优缺点对比，从实际需要出发，选择载荷函数法作为履带车辆传动轴载荷极值外推的理论基础，将Anderson-Darling(AD)统计量作为拟合优度的度量尺度，拟合出各挡位下载荷幅值和均值的概率密度函数，且考虑了传动轴的极限扭转强度，对载荷极值做出合理外推，具体方法如下：1)确定载荷均幅值独立分布特性采用雨流矩阵作为实测载荷数据雨流计数结果的表达方式，得到载荷幅值和均值作为实测载荷数据雨流计数结果。将载荷幅值和均值视为二维随机变量，从各挡位的雨流矩阵统计出均幅值分别对应的频次数据，即幅值-频次直方图和均值-频次直方图。具体做法是将雨流矩阵中相同幅值或均值的频次求和，从而得到各挡位载荷频次关于均幅值的独立分布结果。采用载荷函数法用于拟合载荷幅值或均值的一维独立分布，将拟合得到的概率密度函数用于载荷极值外推。2)载荷均幅值独立分布拟合载荷幅值分布可以用对数正态分布或威布尔分布来拟合，载荷均值分布可用正态分布，三参数对数正态分布或三参数威布尔分布来拟合。本文为找到均幅值的最佳拟合分布形式，用上述分布分别对均幅值进行拟合，置信度设置为95％，拟合优度为AD值。选择AD值较小的分布作为均幅值的拟合分布，进而得到各挡位均幅值独立分布的拟合参数。3)载荷均幅值极值推断在载荷谱编制过程中，载荷均幅值极值推断的直接目的是为了确定载荷谱的均幅值范围。通过比较均幅值独立分布的拟合结果，选择出载荷幅值和均值的分布拟合形式分别为对数正态分布和正态分布。设载荷幅值变量为X，载荷均值变量为Y，载荷幅值的对数正态概率密度函数表达为式中,μ和σ分别为载荷幅值的位置和尺度参数。当选择p为推断概率(106)时，由上式可得出幅值的极大值推断公式为则由上面的积分公式可得载荷幅值的极大值xmax。载荷均值的正态概率密度函数表达为式中,μ'为正态分布的均值，σ'为正态分布的标准差。当选择p为推断概率时，由上式可得出均值极大值和极小值的推断公式为则由上面的积分公式可得载荷均值的极大值和极小值分别为ymax和ymin。本专利技术在对载荷均幅值分布做拟合之前，先从各挡位的雨流矩阵统计出均幅值分别对应的频次数据，即幅值-频次直方图和均值-频次直方图。具体做法是将雨流矩阵中相同幅值或均值的频次求和，从而得到各挡位载荷频次关于均幅值的独立分布结果。为找到均载荷均值分布幅值的最佳拟合分布形式，用正态分布、三参数对数正态分布或三参数威布尔分布分别对均幅值进行拟合，置信度设置为95％，拟合优度为AD值。选择AD平均值较小的分布作为均幅值的拟合分布，进而得到各挡位均幅值独立分布的拟合参数。本专利技术具有较高的研究基础和应用价值。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定载荷均幅值独立分布特性采用雨流矩阵作为实测载荷数据雨流计数结果的表达方式，得到载荷幅值和均值作为实测载荷数据雨流计数结果；将载荷幅值和均值视为二维随机变量，从各挡位的雨流矩阵统计出均幅值分别对应的频次数据，即幅值‑频次直方图和均值‑频次直方图；步骤2、载荷均幅值独立分布拟合载荷幅值分布用对数正态分布或威布尔分布分别对均幅值进行拟合，载荷均值分布用正态分布、三参数对数正态分布或三参数威布尔分布分别对均幅值进行拟合，拟合优度设为AD值，选择AD值较小的分布作为均幅值的拟合分布，进而得到各挡位均幅值独立分布的拟合参数；步骤3、载荷均幅值极值推断比较均幅值独立分布的拟合参数，选择载荷幅值和均值的分布拟合形式分别为对数正态分布和正态分布；设载荷幅值变量为X，载荷均值变量为Y，载荷幅值的对数正态概率密度函数表达为:

【技术特征摘要】
1.一种基于载荷函数法的传动轴载荷极值外推方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定载荷均幅值独立分布特性采用雨流矩阵作为实测载荷数据雨流计数结果的表达方式，得到载荷幅值和均值作为实测载荷数据雨流计数结果；将载荷幅值和均值视为二维随机变量，从各挡位的雨流矩阵统计出均幅值分别对应的频次数据，即幅值-频次直方图和均值-频次直方图；步骤2、载荷均幅值独立分布拟合载荷幅值分布用对数正态分布或威布尔分布分别对均幅值进行拟合，载荷均值分布用正态分布、三参数对数正态分布或三参数威布尔分布分别对均幅值进行拟合，拟合优度设为AD值，选择AD值较小的分布作为均幅值的拟合分布，进而得到各挡位均幅值独立分布的拟合参数；步骤3、载荷均幅值极值推断比较均幅值独立分布的拟合参数，选择载荷幅值和均值的分布拟合形式分别为对数正态分布和正态分布；设载荷幅值变量为X，载荷均值变量为Y，载荷幅值的对数正态概率密度函数表达为:式中，μ和σ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宜，王敏，杨玲玲，韩博，张洪彦，杨忠国，宋美球，乔丽，陈嘉杨，王景霞，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11