[发明专利]一种基于主成分分析的随机多参数载荷谱编制方法

说明书

本发明公开了一种基于主成分分析的随机多参数载荷谱编制方法，以构件多参数实测载荷谱为基本编谱数据，利用主成分分析方法将多参数随机载荷化为几个相互独立的载荷历程，即多参数主成分载荷历程，再对其进行峰谷值提取处理得到主成分载荷的峰谷值序列和非峰谷值点集合，进行雨流循环计数以获取主成分载荷历程的雨流循环矩阵，由此雨流循环矩阵进行载荷历程重构并随机插入非峰谷值点以获得主成分载荷重构历程，对主成分载荷历程的线性解算，就能反推获得新的多参数随机载荷谱。本发明实现随机多参数载荷谱编制过程的多参数载荷相关关系、多轴损伤信息的充分考虑，为工程实际复杂机械构件的疲劳损伤分析、多轴疲劳试验提供了基础。

技术领域

本发明属于机械结构疲劳试验载荷谱编制技术领域，特别涉及复杂机械构件多参数随机载荷谱编制方法，为机械构件在随机多参数载荷下多轴疲劳损伤分析以及多轴疲劳试验提供载荷基础，是多参数实际服役载荷下工程复杂结构关键零部件寿命试验评定的重要一步。

背景技术

目前国内外关于载荷谱的研究，大多集中于单参数载荷谱的编制，并且已广泛应用于航空航天、车辆、工程机械等工业领域。然而在实际工程应用中，大多数机械构件都长期承受着随机多参数载荷的作用，即构件承受不止一种载荷作用，并且构件往往极易产生多轴疲劳损伤进而失效。例如航空发动机机匣类构件、汽车万向节与前悬架等复杂构件在实际服役时就承受着典型的随机非比例多轴载荷。虽然单参数载荷统计方法和载荷谱编制方法的应用已经比较成熟，但不再适用于这类承受复杂多参数载荷的构件，为对这类构件进行充分的、科学的寿命考核，必须发展一种多参数载荷谱编制方法。

对复杂机械构件进行寿命考核试验时，其加载的载荷谱必须在一定程度上反映构件的实际工作特征。此外，如果不能充分考虑实测载荷谱中所蕴含的疲劳损伤信息，这就导致编制的载荷谱与实际服役载荷在载荷特征与疲劳寿命表现上有一定的差别。而对于多参数载荷谱编制而言，不仅要保留单轴载荷的损伤信息，还要充分考虑多参数载荷间的相关性和多轴损伤信息。目前，国内外尚没有明确、普遍认可的构件多参数载荷谱编制方法，仅有少部分机构和学者对此进行不同程度的研究，德国弗劳恩霍夫协会针对汽车结构所承受的多参数载荷进行研究，开发了CARLOS多参数标准载荷序列，但没有公布具体方法；而国内针对多参数载荷谱的研究起步较晚，主要采用给定的匹配原则对搁在和循环进行随机组合，缺乏理论依据且没有考虑载荷之间的相关性和相位关系。

综上所述，目前现有的多参数载荷谱的编制方法仍有一定的局限性，并没有明确、普遍认可的构件多参数载荷谱编制方法，对疲劳损伤信息保留的编谱要求也有不同程度上的满足。在多参数载荷作用下，编制充分考虑多参数载荷间的相关性和多轴损伤信息的构件多参数载荷谱，仍是一个迫切需要解决的关键工程问题，这也对工程实际中复杂机械构件的疲劳损伤分析和疲劳试验的研究具有重要意义。

因此，有必要发展一种能够考虑多参数载荷相关性、保留多轴损伤信息的随机多参数载荷谱编制方法，为复杂工程机械及其零部件的定寿奠定基础。

发明内容

为了解决现有技术中构件多参数载荷谱编制缺乏多参数载荷相关关系考虑、多轴损伤信息丢失的问题，本发明提供一种基于主成分分析的随机多参数载荷谱编制方法，该方法是较为直观、明确的编谱方法，实现随机多参数载荷谱编制过程的多参数载荷相关关系、多轴损伤信息的充分考虑，为工程实际复杂机械构件的疲劳损伤分析、多轴疲劳试验提供了基础，是实际服役载荷下工程实际复杂机械构件寿命试验评定的重要一步。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于主成分分析的随机多参数载荷谱编制方法，以构件多参数实测载荷谱为基本编谱数据，利用主成分分析方法将多参数随机载荷化为几个相互独立的载荷历程，即多参数主成分载荷历程，再对其进行峰谷值提取处理得到主成分载荷的峰谷值序列和非峰谷值点集合，进行雨流循环计数以获取主成分载荷历程的雨流循环矩阵，由此雨流循环矩阵进行载荷历程重构并随机插入非峰谷值点以获得主成分载荷重构历程，对主成分载荷历程的线性解算，就能反推获得新的多参数随机载荷谱。