基于SN曲线的程序载荷谱编制方法、系统和存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，包括：获得构件的应力

【技术实现步骤摘要】
基于SN曲线的程序载荷谱编制方法、系统和存储介质


[0001]本专利技术涉及交通运输领域，特别涉及一种用于各类车辆底盘载荷计算中使用的基于SN曲线的程序载荷谱编制方法；以及，一种用于各类车辆底盘载荷计算中使用的基于SN曲线的程序载荷谱编制系统，一种用于执行所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法中各步骤的计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]SN曲线是以材料标准试件疲劳强度为纵坐标，以疲劳寿命的对数值lg N为横坐标，表示一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，也称应力－寿命曲线。
[0003]雨流计数结果通常采用矩阵的形式进行描述，每一个矩阵单元的行和列代表了一个特定的循环参数对，其中初值
‑
终值(From
‑
To)雨流矩阵、幅值
‑
均值(Range
‑
Mean)雨流矩阵和最小值
‑
最大值(Min
‑
Max)雨流矩阵是最为常见的三种。From
‑
To雨流矩阵中，主对角线以下的载荷循环表征载荷转折点极大值发生于载荷转折点极小值之前，主对角线以上的载荷循环表征载荷转折点极小值发生于载荷转折点极大值之前。在损伤计算中，区分转折点极大值或极小值的先后顺序并无太大必要，可将这部分信息略去，主对角线上下的载荷循环合并，形成Min
‑
Max雨流矩阵。Range
‑
Mean雨流矩阵包含了具体载荷的幅值和均值分布信息。
[0004]在程序加载试验中，需要将随机载荷频谱用程序载荷谱来模拟，一般可以编制4～16级的程序载荷谱，这要根据载荷谱水平和级数对疲劳寿命的影响大小而定。一般来说，试验寿命与随机载荷谱的误差，4级载荷谱要比8级载荷谱大，而超过8级的载荷谱则和8级载荷谱极为相近，一般用8级程序载荷谱。8级程序载荷谱中各级载荷大小的划分一般有等间隔法和幅值比(某级载荷值与最大载荷值之比)系数法，常按Conover幅值比系数1.0、0.95、0.85、0.725、0.575、0.425、0.275、0.125分级。
[0005]现有技术用8级程序载荷谱来模拟随机载荷谱，比值系数采用固定值，该比值系数与随机载荷谱的特性无关。对于一些特殊的随机载荷谱，会产生较大的误差。疲劳寿命对数值大的幅值比较敏感，对数值大的幅值分较多的级数能够减小疲劳计算的误差。而现有技术中的幅值比值系数固定，不能够在数值大的幅值范围分更多的级数，且不能控制由分级引起的疲劳寿命误差的大小。现有技术的解决方案是：同时考虑载荷和频次的影响，对两载荷级间的频次进行分配，改善了用区域面积近似相等方法使损伤效应比原载荷谱小的情况，和用两载荷级间频次上下两级平分使损伤效应比原工作载荷谱大的情况。对两级间的载荷频次进行合理分配，计算过程较复杂。采用等间隔法将传统8级谱的强化载荷再次分级形成10级谱，反映了低载荷的强化效应。仍然无法控制由分级方法引起疲劳寿命计算误差的范围。

技术实现思路

[0006]在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于材料的SN曲线，能控制分级疲劳寿命计算误差，并能根据分级疲劳寿命计算误差要求获得不同程序载荷谱分级方案的程序载荷谱编制方法。
[0008]相应的，本专利技术还提供了一种用于执行所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法中各步骤的计算机可读存储介质；
[0009]以及，一种基于材料的SN曲线能控制分级疲劳寿命计算误差，并能根据分级疲劳寿命计算误差要求获得不同程序载荷谱分级方案的程序载荷谱编制系统。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，包括以下步骤：
[0011]S1，建立构件的有限元计算模型，进行构件受力点的受力仿真获得构件最大受力位置的应力
‑
载荷数据，将应力
‑
载荷数据进行拟合得到应力
‑
载荷函数关系；
[0012]S2，利用应力
‑
载荷函数关系将构件试验场测得的随机载荷谱转化为等效应力谱；
[0013]S3，将等效应力谱转化为第一指定形式雨流矩阵；
[0014]S4，将第一指定形式雨流矩阵外推计算得到最大应力幅值，并以第二指定形式的雨流矩阵表示外推得到的雨流矩阵；
[0015]S5，根据构件材料极限强度S
UTS
,将外推后的应力幅值和应力均值的二维应力谱等效为均值为0的一维应力谱，该一维应力谱的最大应力幅值为σ
max
，该一维应力谱的最小应力幅值为σ
min
；
[0016]S6，指定疲劳寿命误差控制因子p％，确定构件材料每一级应力幅值σ
i
对应的疲劳寿命为N
i
，再根据公式(1)结合材料SN曲线反推出每一级应力幅值σ
i
；
[0017]N
i
＝N
i
‑1*(1+p％)＝N1*(1+p％)
(i
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；
[0018]其中，第1级的应力幅值σ1＝σ
max
，根据构件的材料SN曲线，第1级的应力幅值σ1对应的疲劳寿命为N1，则第i级的应力幅值为σ
i
，对应的疲劳寿命为N
i
，疲劳寿命误差控制因子p％；
[0019]S7，将所述一维应力谱进行分级，应力幅值数值在相邻两级σ
i
、σ
i+1
数值之间，将其出现的频次归为第i+1级或第i级，应力幅值为σ
i+1
或σ
i
,统计每级应力幅值σ
i
出现的频次n
i
，完成随机应力谱载荷的分级；
[0020]S8，根据构件的应力
‑
载荷函数关系，将每一级的应力幅值换算为载荷幅值，得到一维的程序载荷谱；
[0021]S9，指定程序块循环次数，确定载荷块中每一级载荷的次数，对载荷程序块进行指定排列，完成程序载荷的编制。
[0022]可选择的，进一步改进所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，所述SN曲线是采用幂函数、指数函数或三参数幂函数的表达式，或试验测得的离散点。
[0023]可选择的，进一步改进所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，步骤S3中，通过雨
流计数将等效应力谱转化为谱“From
‑
To”形式的雨流矩阵，总频次为N0[0024]可选择的，进一步改进所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，步骤S4中，采用非参数雨流外推算法将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立构件的有限元计算模型，进行构件受力点的受力仿真获得构件最大受力位置的应力
‑
载荷数据，将应力
‑
载荷数据进行拟合得到应力
‑
载荷函数关系；S2，利用应力
‑
载荷函数关系将构件试验场测得的随机载荷谱转化为等效应力谱；S3，将等效应力谱转化为第一指定形式雨流矩阵；S4，将第一指定形式雨流矩阵外推计算得到最大应力幅值,并以第二指定形式的雨流矩阵表示外推得到的雨流矩阵；S5，根据构件材料极限强度S
UTS
,将外推后的应力幅值和应力均值的二维应力谱等效为均值为0的一维应力谱，该一维应力谱的最大应力幅值为σ
max
，该一维应力谱的最小应力幅值为σ
min
；S6，取第一级的应力幅值σ1＝σ
max
,根据材料的SN曲线，对应的疲劳寿命为N1，指定疲劳寿命误差控制因子p％，确定构件材料每一级应力幅值σ
i
对应的疲劳寿命为N
i
，再根据公式(1)结合材料SN曲线反推出每一级应力幅值σ
i
；N
i
＝N
i
‑1*(1+p％)＝N1*(1+p％)
(i
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；S7，将所述一维应力谱进行分级，应力幅值数值在相邻两级σ
i
、σ
i+1
数值之间，将其出现的频次归为第i+1级或第i级，应力幅值为σ
i+1
或σ
i
,统计每级应力幅值σ
i
出现的频次n
i
，完成随机应力谱载荷的分级；S8，根据构件的应力
‑
载荷函数关系，将每一级的应力幅值换算为载荷幅值，得到一维的程序载荷谱；S9，指定程序块循环次数，确定载荷块中每一级载荷的次数，对载荷程序块进行指定排列，完成程序载荷的编制。2.如权利要求1所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于：所述SN曲线是采用幂函数、指数函数或三参数幂函数的表达式，或试验测得的离散点。3.如权利要求1所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于：步骤S3中，通过雨流计数将等效应力谱转化为谱“From
‑
To”形式的雨流矩阵，总频次为N0。4.如权利要求3所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于：步骤S4中，采用非参数雨流外推算法将“From
‑
To”形式雨流矩阵外推计算得到外推的最大应力幅值，并以第二指定形式的雨流矩阵表示外推得到的雨流矩阵。5.如权利要求4所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于：外推到总频次为M,M≥106次，外推倍数k＝M/N0，将外推雨流矩阵以“Range
‑
Mean”形式的雨流矩阵表示。6.如权利要求1所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于，步骤S5中采用公式(2)进行等效处理：S
a
为应力幅值，S
a0
为等效0均值应力，S
m
为应力均值，S
UTS
为材料极限强度；最大应力幅值为σ
max
，最小应力幅值为σ
min
。7.如权利要求1所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于：步骤S7中分级下限为σ
min
与0.5倍构件疲劳极限中的较大值；当σ
min
＜0.5σ
e
分级至0.5σ
e
，当σ
min
≥0.5σ
e
，分级至σ
min
，σ
e
为构件材料疲劳极限；
根据构件材料的SN曲线、第i级的应力幅值σ
i
及频次n
i
，求出第i级对应的总损伤D
i
，并剔除D
i
可忽略不计的载荷级，压缩载荷谱再完成随机应力谱载荷的分级。8.如权利要求1所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法，其特征在于，步骤S9包括：编制的载荷谱块循环次数为ω，ω≥10每个程序块中第i级载荷的次数θ
i
，则采用低
‑
高
‑
低的排列方式对载荷程序块进行排列，完成程序载荷的编制。9.一种用于执行权利要求1
‑
8任意一项所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法中步骤的计算机可读存储介质。10.一种基于SN曲线的程序载荷谱编制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王有智，孙秀兵，程拼拼，傅晶焱，
申请(专利权)人：上海合科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：