02-疲劳载荷谱处理讲解
钢结构疲劳计算
目录
• 引言 • 钢结构疲劳计算基础 • 疲劳载荷谱的编制 • 疲劳寿命估算 • 疲劳损伤累积与断裂分析 • 钢结构疲劳计算的工程应用 • 结论与展望
01 引言
疲劳计算的重要性
保证结构安全
疲劳计算是确保钢结构在长期使用过程中保持安全的重要手段，通过计算可以 预测结构在各种载荷下的疲劳损伤，从而采取相应的措施来预防破坏。
07 结论与展望
结论
疲劳计算是钢结构设计中的重要环节，通过合理的计算和 分析，可以预测结构在循环载荷作用下的性能和寿命，为 结构的安全性和经济性提供保障。
疲劳计算的准确性和可靠性取决于多种因素，如载荷类型、 材料特性、结构细节和计算方法等。因此，选择合适的计 算方法和参数是至关重要的。
疲劳计算的结果可以为结构的设计、制造、安装和维护提 供指导，帮助工程师更好地理解和控制结构的疲劳性能。
线性疲劳累计损伤理论
基于S-N曲线，通过线性累计损伤的概念来估算疲劳寿命。
非线性疲劳累计损伤理论
基于S-N曲线，考虑非线性累计损伤效应，更准确地估算疲劳寿命。
05 疲劳损伤累积与断裂分析
疲劳损伤累积模型
线性累积损伤模型
假设疲劳损伤是线性的，即每次循环产生的损伤可以累加，适用于 高周疲劳。
非线性累积损伤模型
损伤力学
将结构视为损伤演化过程，通过分析损伤演化规律来预测结构的断裂 行为。
断裂韧性测试与评估
试样制备
根据标准要求制备试样，确保试样的尺寸、形状和表面处理等符 合要求。
加载制度
根据标准规定的加载制度进行试验，确保试验结果的准确性和可重 复性。
结果评估
根据试验结果计算断裂韧性值，并与标准值进行比较，评估材料的 断裂韧性性能。
Msc.Fatigue疲劳分析实例指导教程
第三章疲劳载荷谱的统计处理3.1 疲劳载荷谱的统计处理理论基础3.1.1 数字化滤波频率分析的典型参量是功率谱密度（PSD），如像确定频率为4Hz对应的幅值的均方根值，只需要求取功率谱密度下对应的3.5-4Hz之间的面积。
3.1.2 雨流计数法循环计数法：将不规则的随机载荷-时间历程，转化为一系列循环的方法。
3.2 数据的导入与显示（1）新建：File>New（2）导入：Tools>Fatigue Utilities>File Conversion Utilities>Covert ASCII.dac to Binary...>Single Channel（设置，注意Header Lines to skip要跳过的行数）>exit（3）查看：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Quick Look Display1）放大：View>Window X，输入X的最值2）读取：①左击任何位置，状态栏显示②数据轨迹：Display>Track3）显示数据点：Display>Join Points；显示实线图：Display>Join4）网格和可选坐标轴：Axes>Axes Type/Grid5）显示某段时间信号的统计信息：Display>Wstats，放大3.3 数字滤波去除电压干扰信号（1）载荷时间历程的PSD分析1）File>New2）Tools>Fatigue Utilities>Advanced Load Utilities>Auto Spectral density（2）信号的滤波1）Tools>Fatigue Utilites>Advanced Load Utilities>Fast Fourier Filtering2）比较滤波前后结果：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Multi-file Display（3）滤波稳定性检查：比较前后PSD，多文件叠加显示第四章应力疲劳分析4.2 载荷谱块的创建与疲劳寿命计算（1）创建载荷谱块：Tools>Fatigur Utility>Load Management>Add an Entry>Block program （2）疲劳分析：Tools>Fatigue Utilities>Advanced fatigue utilities>选方法4.3 零部件疲劳分析（1）导入有限元模型及应力结果：工具栏Import>Action、Object、Method，查看Results （2）疲劳分析1）设置疲劳分析方法：工具栏Analysis，设置2）设置疲劳载荷①创建载荷时间历程文件Loading info>Time History Manager②将有限元分析工况与时间载荷关联：Loading Info>Load case空白>Get/Filte result...3）设置材料的疲劳特性：Material info>Materials Database Manager>create...4）求解：Solution Params5）疲劳分析：Job Control6）查看寿命结果云图：Import Fatigue Result...>Action:Read results>工具栏Results查看7）寿命列表显示：Import Fatigue Result...>Action:List Results...>most damaged nodes （3）优化设计：Import Fatigue Results...>Action:Optimize....1）参数优化：Parameter optimization>Scaling factor>Recalculate2）材料优化：Material Optimization...>Recalculate3）灵敏度分析：Sensitivity analysis>Scaling factor比例因子....4）灵敏度分析结果：results Display>Sensitivity plot第五章应变疲劳分析5.2 考虑残余应力的应变疲劳分析（1）导入有限元模型和应力分析结果（2）先不考虑残余应力的疲劳分析（3）考虑残余应力的疲劳分析1）设置疲劳分析方法：保留Material Info和Solution Params...的设置2）定义残余应力：Loading Info..>Static Load Case:2，单击enter。
第十一章 疲劳载荷谱
另一类是与各构件遭受的局部载荷相关，与全机重心过载没有确定的关系，如： 机身气密舱的增压载荷； 可动机构的重复操作载荷； 气流引起的局部结构振动； 尾翼的抖振； 发动机噪声场激励的局部结构的噪声疲劳载荷； 反复气动加热引起的座舱罩的热疲劳载荷等等。
1 机动载荷系数谱
在多次操纵飞机做各种机动飞行时，飞机遭受的重复载荷称为机 动重复载荷。 对经常作 飞行的飞机，如歼击机、强击机、战斗轰炸机等，机动 重复载荷是主要的疲劳损伤载荷。 对于运输型飞机，由于机动飞行简单，过载较小，常常不是疲劳 损伤的主要载荷。
某战斗机的机动载荷系数谱各任务段每1000飞行小时累积出现次数
C运输类（货运机）机动载荷系数谱各任务段每1000飞行小时累积出现频数
2 突风重复载荷谱
突风载荷谱是对民航机及运输机疲劳损伤的主要重复载荷，对歼击机 类型的飞机，它造成的疲劳损伤则相对很小。 突风重复载荷谱根据设计使用寿命和设计使用方法确定，并可以用实 测和/或阵风模型导出。
飞机疲劳载荷谱的编制 步骤是： 确定典型任务剖面； 典型任务的混合； 确定重心过载的累积频数分布； 确定载荷情况； 载荷及应力分析； 谱的离散化； 编制飞-续-飞载荷谱。
谱的计数法
第十二章 疲劳断裂力学中新的数值计算方法
有限元重合网格法
全局区域网格
Ω
G
Γ
bi
L
t ti
第十一章 疲劳载荷谱
（1）载荷谱在裂纹起始、短裂纹和长裂纹扩展诸阶段对损伤所起的作用是 不同的，载荷谱中存在压缩载荷部分时更为明显； （2）少数特大超载在超载塑性区范围内对后续的载荷序列有重大影响； （3）载荷谱中幅值越小，则频次越多； （4）随机谱的计数方法。
一类与全机重心过载谱相关，如： 机动载荷系数谱； 突风载荷谱； 地面载荷谱。
载荷谱数据处理方法
载荷谱数据处理方法载荷谱是指一段时间内物体所承受的力、压力、振动或其他形式的载荷的统计特性。
在工程领域中，载荷谱数据处理是一项重要的任务，它有助于评估和预测材料的耐久性、结构的可靠性以及设备的寿命。
本文将介绍一些常见的载荷谱数据处理方法。
首先，载荷谱数据的收集是处理的第一步。
可以通过传感器或仪器来采集实际工况中的载荷数据。
采集到的数据可以是时间域数据，即载荷随时间变化的曲线；也可以是频域数据，即载荷在不同频率上的分布。
在处理时间域数据时，最常用的方法是统计分析。
主要包括平均值、方差、标准差、峰值等统计量的计算。
通过对载荷谱数据进行统计分析，可以获得载荷的统计特性，例如均值和标准差可以反映载荷的平均水平和波动程度。
另一个重要的处理方法是周期性分析。
周期性分析主要通过傅里叶变换将时间域数据转换为频域数据。
频域数据可以提供载荷在不同频率上的成分和能量分布情况。
常用的周期性分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度函数和自相关函数等。
对于频域数据，常用的处理方法有滤波和降阶。
由于实际工况中的载荷往往包含大量的噪声和杂波，因此需要对频域数据进行滤波处理，以提取感兴趣的载荷成分。
常用的滤波方法包括高通滤波、低通滤波和带通滤波等。
另一个常见的处理方法是降阶。
降阶是指通过分析载荷谱数据，将其表示为少量的载荷模态或载荷历程。
通过降阶处理，可以减少数据的维度，简化数据分析的计算量，并提取载荷谱中的主要特征。
此外，还可以将载荷谱数据进行模式识别和分类。
模式识别是指通过对载荷谱数据进行特征提取和分类，将不同类型的载荷进行识别和区分。
常用的模式识别方法包括主成分分析、聚类分析和支持向量机等。
最后，载荷谱数据的可视化也是一种常用的处理方法。
通过将载荷谱数据绘制成图表，可以直观地展示载荷的变化规律和分布特征。
常用的可视化方法包括时间域波形图、频域功率谱图、雨流计数图等。
综上所述，载荷谱数据处理是评估和预测材料、结构和设备性能的关键环节。
疲劳载荷谱
[1]. 李振兴, 5T悬挂吊车作用下焊接球网架结构的理论疲劳栽荷谱编制. 2014,太原理工大学.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390.疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。
首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。
[1]. 孙乐and 胡明敏, 基于数字疲劳传感器的桥梁载荷谱研究. 江苏航空, 2008(S1): p. 91-93.数字疲劳传感器是一种电阻响应传感器,其核心元件疲劳计是由特殊退火处理康铜材料制成的,具有不逆电阻疲劳载荷响应的特性,在交变载荷作用下该传感器产生不可逆电阻改变,而且电阻的变化可以反映结构疲劳加载历程,是一种理想的结构状态监测装置。
载荷谱数据处理方法
载荷谱数据处理方法
载荷谱数据处理是机械设计中重要的一环，其处理方法主要包括以下几个方面：
1. 数据分析：对于原始的载荷谱数据进行可视化分析，了解载荷的大小、频率和持续时间等信息。
2. 数据去噪：由于实际测量时存在噪声干扰，需要进行去噪处理，以提高数据的准确性。
3. 数据降维：对于多维载荷谱数据，需要进行降维处理，以简化数据的处理和分析过程。
4. 数据标定：对于载荷谱数据进行标定，以提高数据的可靠性和准确性。
5. 数据滤波：通过对载荷谱数据进行滤波处理，可以去除高频和低频成分，得到合适的载荷信号。
6. 数据拟合：对载荷谱数据进行拟合分析，得到相应的载荷模型，以支持机械设计的计算和优化。
7. 数据分类：根据载荷数据的不同特征进行分类，以提供正确的设计依据。
综上所述，载荷谱数据处理方法主要包括数据分析、数据去噪、数据降维、数据标定、数据滤波、数据拟合和数据分类等方面，
以提高载荷数据的准确性和可靠性，为机械设计提供正确的依据。
载荷谱
载荷谱载荷谱是整机结构或零部件所承受的典型载荷时间历程，经数理统计处理后所得到的表示载荷大小与出现频次之间关系的图形、表格、矩阵和其他概率特征值的统称。
机械结构部件多是在交变载荷作用下服役，因为载荷的变化，结构材料内部的应力应变也在发生变化，从而导致裂纹的产生、扩张，发生断裂，这个过程就是疲劳失效，大多数机械部件的失效都是疲劳失效。
载荷谱的研究对疲劳失效有很大作用。
载荷谱是进行可靠性设计的依据，是零部件结构定寿、延寿和动力学仿真、有限元分析等计算机辅助设计的先决条件，也是作为结构疲劳试验、强化试验、加速寿命试验和可靠性试验的基础。
一般机械产品，其载荷谱的编制流程如下：(1) 载荷样本数据的获取载荷数据一般通过产品现场工作时实测的途径来获取。
(2) 平稳性检验通过实测方法获得的载荷数据往往是一种随机过程，而在随机过程分析中，一组数据是否为平稳和历态的，对其进行统计处理所采用的方法是不相同的，因此需对试验获得的载荷数据进行平稳性分析。
(3) 无效幅值的去除测试获得的载荷数据中有许多载荷值小的循环，将不能构成疲劳损伤的小量载荷循环去除即为无效幅值的去除。
通过对无效幅值进行压缩和去除可以缩短试验时间，同时降低试验费用。
(4)载荷循环的统计计数将载荷-时间历程转化为系列载荷循环的过程叫做“计数法”。
在进行疲劳寿命分析时，常常以载荷-时间历程的损伤量为依据，对统计计数结果进行加速编辑。
(5) 总体分布的估计通过雨流计数法对随机载荷进行计数得到的是载荷均值和载荷幅值，之后进行统计处理得到二元（均值和幅值）随机变量的联合分布矩阵，采用二维（幅值和均值）函数进行分布参数的估计。
分布函数获得后，利用假设检验对幅值和均值分布函数进行检验，最后分析二者的相关性，确定最优分布模型。
不同的机械产品，其载荷谱的采集及编制方法均有所不同。
在对汽车零部件疲劳失效研究中，通常采集关键部位（如稳定连接杆、横拉杆等）的应变载荷和加速度信号作为载荷数据。
疲劳载荷及分析理论
疲劳载荷及分析理论在实际工程中，经常会遇到受到疲劳载荷作用的结构或材料，比如飞机、桥梁、汽车、机械设备等。
由于长期循环荷载的作用，这些结构或材料可能会出现疲劳破坏，从而对工程的安全性和可靠性造成影响。
因此，研究疲劳载荷及其分析理论对于提高工程结构的设计和可靠性至关重要。
疲劳载荷会导致结构或材料的疲劳破坏，通常表现为裂纹的产生和扩展。
为了预测和评估结构或材料的疲劳寿命，需要进行疲劳载荷及其分析理论的研究。
疲劳寿命是指结构或材料能够承受的循环载荷次数，即在一定的载荷水平下，能够承受的循环载荷次数。
疲劳试验是评估结构或材料疲劳寿命的一种方法。
1.载荷谱分析：载荷谱是指试验或实际应用中实测到的载荷的时程或频谱信息。
根据载荷谱的特性，可以对结构或材料的疲劳寿命进行预测和评估。
载荷谱分析可以通过实验或数值模拟得到。
2.疲劳寿命评估：根据结构或材料受到的载荷谱和材料的疲劳特性，可以对疲劳寿命进行评估。
评估疲劳寿命可以通过疲劳试验和数值模拟的方法得到。
3.疲劳损伤评估：疲劳损伤是指结构或材料在受到疲劳载荷作用下引起的裂纹的产生和扩展。
通过研究疲劳载荷和材料的疲劳特性，可以对结构或材料的疲劳损伤进行评估。
4.疲劳寿命预测：根据结构或材料的受载荷条件和材料的疲劳特性，可以对结构或材料的疲劳寿命进行预测。
疲劳寿命预测可以通过经验公式、计算模型和数值模拟等方法得到。
总之，疲劳载荷及分析理论是研究结构或材料在受到循环载荷作用下的疲劳破坏和失效机制的学科。
通过对疲劳载荷的分析和评估，可以预测和评估结构或材料的疲劳寿命，从而提高工程结构的设计和可靠性。
疲劳载荷及分析报告理论 谱 寿命 设计 累积损伤
第3章疲劳载荷及分析理论 (1)3.1 疲劳载荷谱 (1)3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱 (1)3.1.2 统计分析方法 (2)3.2 疲劳累积损伤理论 (3)3.2.1 概述 (3)3.2.2 线性累积损伤理论 (4)3.3起重机疲劳计算常用方法 (5)3.3.1 应力比法 (6)3.3.2 应力幅法 (6)3.4 疲劳寿命设计方法 (7)3.4.1无限寿命设计 (7)3.4.2 安全寿命设计 (8)3.4.3 损伤容限设计 (8)3.4.4 概率疲劳设计 (9)3.4 小结 (10)第3章疲劳载荷及分析理论疲劳载荷谱(fatigue load spectrum)是建立疲劳设计方法的基础。
根据研究对象的不同，施加在对象上的疲劳载荷也是不同的，所以在应用时要依据某种统计分析方法和理论进行分析。
3.1 疲劳载荷谱3.1.1 疲劳载荷谱及其编谱载荷分为静载荷和动载荷两大类。
动载荷又分为周期载荷、非周期载荷和冲击载荷。
周期载荷和非周期载荷可统称为疲劳载荷。
在很多情况下，作用在结构或机械上的载荷是随时间变化的，这种加载过程称为载荷—时间历程。
由于随机载荷的不确定性，这种谱无法直接使用，必须对其进行统计处理。
处理后的载荷—时间—历程称为载荷谱。
载荷谱是具有统计特性的图形，它能本质地反映零件的载荷变化情况[]。
为了估算结构的使用寿命和进行疲劳可靠性分析，以及为最后设计阶段所必需的全尺寸结构和零部件疲劳试验，都必须有反映真实工作状态的疲劳载荷谱。
实测的应力—时间历程包含了外加载荷和结构的动态响应的影响，它不仅受结构系统的影响，而且也受应力—时间历程的观测部位的影响。
将实测的载荷—时间历程处理成具有代表性的典型载荷谱的过程称为编谱。
编谱的重要一环，是用统计理论来处理所获得的实测子样[]。
3.1.2 统计分析方法对于随机载荷，统计分析方法主要有两类：计数法和功率谱法[]。
由于产生疲劳损伤的主要原因是循环次数和应力幅值，因此在编谱时首先必须遵循某一等效损伤原则，将随机的应力—时间历程简化为一系列不同幅值的全循环和半循环，这一简化的过程叫做计数法。
机械零件疲劳载荷谱的方法研究
机械零件疲劳载荷谱的方法研究作者：宋俊岭王波宋刚来源：《中国科技纵横》2014年第01期【摘要】在疲劳寿命估计的评估与机械设计方面，最为重要的基础就是机械零件疲劳载荷谱的系统编制，同时也成为了较为重要的凭证。
本文针对疲劳载荷开展细致的统计处理条件下，通过零均值转化的公式以及双参数的雨流计数法实行了妥善的处理方式，解决了非零均值所存在的不利影响，将幅值和均值的影响得出，从而将机械零件疲劳载荷谱的方法得出，希望得到一定的借鉴。
【关键词】机械零件疲劳载荷谱方法研究在零部件中所具备的随机疲劳载荷以及相应的应力需要对其明确，因为疲劳载荷一般具备着随机性、周期性以及时变性等，因此逐渐的凸显出复杂性，那么在一定程度上需要进行准确的计算。
1 数据处理载荷谱1.1 分析等效应力幅的概率分布函数在幅值频次的相关统计表当中，将数据的分布函数获取，所进行的数理统计当中，就是所谓的统计推断。
在一般情况下对参数的求解，会使用概率图的方式。
绘制概率图方面，一定要进行在概率纸中，若使用人工的绘制方式通常是较为吃力的，可是在Matlab当中主要给予了韦布尔概率和正态概率图。
通过wblplot（x）或者weibplot（x）命令，将韦布尔概率图有效绘制。
命令当中的x是样本中主要的数据向量[1]234-237。
1.2 载荷谱的无效幅值以及雨流计数法的舍弃存在疲劳损伤构件在于，应力循环以及应力幅值的次数，简化随机的载荷时间历程为半循环或者全循环的过程，就称作计数法。
现阶段，所实施的计数法在统计的角度上进行分析，能够分成双参数、单参数。
所涉及到的雨流计数法，在当下是非常合理的双参数技术方法，因为在实际载荷以及技术原理上，都能够相似于金属性零件中的循环应力，具备一定的力学性条件。
利用雨流计数法进行处理之后的结果，能够将频次、均值以及载荷幅值的关系得到。
可是，在一定程度上，也有些载荷不会对结构进行破坏，对待这样的小量循环，往往会叫做无效幅值。
载荷谱学习-2
汽车载荷谱学习1、载荷谱的主要用途（1）根据采集到的载荷谱进行数据分析，对承受载荷的零部件进行疲劳寿命预估；（2）将采集到的载荷谱在试验台上复现，对零部件研发期间或出厂前进行测试和检验。
2、载荷谱难点问题（1）载荷谱的预处理：研究表明，零部件的疲劳寿命并不是和整个载荷谱有关，大概只有10%的大载荷完全决定了零部件的疲劳寿命，其余小载荷几乎可以忽略不计；（2）载荷谱的采集：汽车传动系统零部件及总成室内疲劳载荷多采用扭矩形式，而受客观条件限制，实际往往很难直接测得随机扭矩载荷。
3、实测随机谱处理资料研究表明，影响汽车零部件疲劳寿命的主要因素是极值载荷，因此，必须利用统计方法处理实测的小样本载荷，从中提取所需的极值载荷信息。
推断极值载荷的方法主要有两种：（1）累计频次曲线外延法（2）极值载荷分布法（应用广泛）4、极值载荷的分布随机载荷中极大值载荷服从双指数分布：F(x)=exp{−exp[−a n(x−μn)]}式中：x表示等间隔Δt内的极大采样值；a n，μn表示分布参数（可用统计方法确定）5、极值载荷和最小测试时间（里程）的确定根据有限长的实测随机载荷谱可以用统计的方法得到极值载荷的分布。
分布确定极值载荷和最短采样长度方法如下：a k=a0μk=μ0+lnk/a0式中a0、μ0和a k、μk分别是当测试里程为Δt0和Δt k时所确定的极值分布函数。
6、任意行程的极值载荷X(S)=μ0+ln(SΔt0)/a0 7、极值推断程序流程图极值载荷推断程序流程图8、传动比和随机影响因素齿轮传动、万向节传动等对系统的影响可写成目标函数关于随机变量的函数，公式如下：目标函数z的概率分布（分布函数）的确定常用方法为：蒙特卡罗模拟法：9、最终得到载荷谱将采集到的载荷谱直接利用极值推断法和编谱（垂向载荷转化为扭矩载荷）理论生成试验载荷谱，然后考虑传动比和随机影响因素再将其转化成测试传动系统部件上的载荷谱：扭矩载荷谱实现程序10、。
疲劳讲义BS IIWOKPPT课件
• (4) IIW标准对不同板厚的修正
•
IIW标准中指出当板的实际厚度增加时，接头的疲劳强度将降低。在
裂
纹
从
焊
趾
处
萌
生
的
情
况F
t
，
IIW
(
t给base出)n了 t
板
厚
为
t
时
的
疲
劳
强
度
修
正
：
•
式中，为板厚为标准值时的疲劳强度，为实际板厚为t时而换算出来的
疲劳强度。该修正公式可以t 具体化( 2t为5)：n
主要内容
1. 引言 2. 焊接接头S-N曲线细节及其特殊性 3. 焊接接头类型细节是控制焊接结构疲劳寿命的命脉 4. 基于英国标准（BS7608：1993）的疲劳寿命预测 5. 基于国际焊接学会（IIW）的疲劳寿命预测
第1页/共24页
主要内容
6. AAR/BS/IIW标准的个性与共性讨论 7. 几点体会
第6页/共24页
3 焊接接头类型细节是控制焊接结构疲劳寿命的命脉 焊接接头是机车车辆焊接结构的寿命薄弱环节。当结构承受较
第四讲 损伤理论,荷载谱处理,应变疲劳
第四讲损伤理论，荷载谱处理，应变疲劳上节概述p-S-N曲线，失效率，存活率疲劳数据处理，正态分布，标准正态分布检验数据是否服从正态分布，正态分布坐标纸正态分布存在的问题：不能反映构件疲劳寿命有一个大于等于零的下限。
威布尔分布，与正态分布的比较威布尔分布坐标纸回归方程，最小二乘法相关系数，起码值回归分析的基本方法损伤理论疲劳积累损伤理论是构件在变幅疲劳荷载作用下疲劳损伤的积累规则和疲劳破坏的准则。
疲劳积累损伤理论回答下述三个问题1．一个荷载循环对材料或结构造成的损伤是多少？2．多个荷载循环时，损伤是如何积累的？3．失效时的临界损伤是多少？1）线性疲劳积累损伤理论线性疲劳积累损伤理论假设在循环荷载作用下，疲劳损伤是可以线性累加，各应力之间相互独立，当累加损伤到某一数值构件发生疲劳破坏。
Palmgren －Miner （P －M ）线性疲劳积累损伤准则若构件在某恒幅应力水平S 作用下的疲劳寿命为N ，则经受n 次循环时的损伤为： Nn D =构件在应力水平S i 作 用下经受n i 次循环的损伤 为D i = n i /N i ，在k 个应力 水平作用下的总损伤为： ∑∑====ki iik i i N n D D 11破坏准则：11==∑=ki iiCR N n DMiner 疲劳积累损伤理论没有考虑荷载作用的先后次序。
材料“锻练效应”（training effect ）一般，高－低加载顺序临界积累损伤值D CR 小于1，低－高加载顺序临界积累损伤值D CR 大于1。
N 1 N 2 S 1S 3S maxNS 2N 3变幅拉－压疲劳寿命对于随机荷载，按Miner 理论计算破坏时的临界损伤值D CR 接近于1。
Manson 双线性模型Manson 在修正Miner 准则时提出的两级疲劳加载时的疲劳寿命预测公式η⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=11221N n N nη：与疲劳加载顺序相关的参数当疲劳加载从高到低时0 < η < 1，反之η > 1。
MSCFatigue疲劳分析标准教程
疲劳寿命云图显示与调整
云图显示
通过设定颜色映射范围、透明度等参数，使疲劳寿命云图更加直观易懂。
云图调整
根据实际需求，可以对云图进行旋转、缩放、平移等操作，以便更好地观察和 分析疲劳寿命分布情况。
高效的多核并行计算
灵活的二次开发接口
利用多核并行计算技术，MSCFatigue可大 幅提高计算效率，缩短分析时间。
提供开放的API接口，用户可根据自身需求进 行二次开发，扩展软件功能。
软件安装与启动步骤
01
安装步骤
02
下载MSCFatigue安装包；
双击安装包，按照提示完成软件的安装；
03
软件安装与启动步骤
桥梁结构疲劳分析步骤演示
疲劳分析流程
定义疲劳载荷谱，根据桥梁所处环境和交通流量 统计得到。
进行静力分析，得到桥梁在静载作用下的应力分 布。
桥梁结构疲劳分析步骤演示
01
进行动力分析，得到桥梁在动态载荷作用下的应力 响应。
02
结合疲劳载荷谱和应力响应，进行疲劳损伤计算。
03
关键步骤详解
桥梁结构疲劳分析步骤演示
03 对比设计寿命要求，评估桥梁的疲劳性能是否满 足要求。
结果讨论与优化建议
01
优化建议
02
针对疲劳寿命较短的关键部位，可优化结构设计，如增加截面尺寸、 改变材料类型等。
03
对于受到严重疲劳损伤的部位，可考虑采用加固措施，如粘贴钢板、 增设横向支撑等。
04
在桥梁运营过程中，加强监测和维护保养工作，及时发现并处理疲劳 裂纹等问题。
c70车体模拟疲劳试验载荷谱编制方法
应力集中部位和易损部位。
03
根据应力分析结果，编制相应的疲劳试验载荷谱，为
模拟疲劳试验提供依据。
04
基于疲劳累积损伤理论的载
荷时间历程编制
疲劳累积损伤理论
线性累积损伤理论
该理论认为在交变应力作用下，材料的疲劳损伤是线性累积 的，当损伤累积到一定程度时，材料发生疲劳断裂。
非线性累积损伤理论
该理论认为材料的疲劳损伤是具有非线性特征的，在交变应 力作用下，材料的疲劳损伤不是简单累加的，而是存在损伤 的门槛和界限值。
载荷循环计数与分级
基于雨流计数法，将试验过程中采集的应力-应变 数据进行分析和处理，得到一系列循环载荷。
对这些循环载荷进行统计和分析，可以得到载荷 循环的次数和大小分布，进而对载荷进行分级。
载荷循环的计数和分级是编制载荷谱的关键步骤 ，直接影响到疲劳试验的结果和质量。
载荷循环的修正与优化
1
由于实际试验过程中可能存在各种误差和干扰因 素，需要对载荷循环进行修正和优化。
c70车体主要由底架、侧 墙、车顶、端墙等组成。
结构形式
采用无中梁整体承载结构 形式，底架和车体钢结构 通过各种连接方式形成整 体承载结构。
结构特点
车体结构具有强度高、刚 度大、重量轻、寿命长等 特点，能够适应长期服役 的要求。
服役工况分析
运行工况
c70车体在运行过程中，会受到各 种动态载荷的作用，如牵引力、 制动力、离心力等。
对比分析c70车体在实际运营中采集到的 载荷谱数据与实验室模拟得到的载荷谱 数据，确保模拟数据的真实性及准确性 。
VS
载荷谱精度评估
通过对比分析实验室模拟载荷谱与实际运 营载荷谱的细节特征，评估实验室模拟载 荷谱的精度。
疲劳载荷谱
疲劳载荷谱
疲劳载荷谱是指衡量或模拟结构物在其寿命内受到的疲劳载荷的统计数据。
它描述了结构物在不同时间点或时间段内所受到的载荷大小和频率。
疲劳载荷谱的构建通常需要进行大量的实验测量或使用计算机模拟技术。
在实验测量中，可以通过使用应变计、加速计、压力传感器等传感器对结构物所受到的加载进行监测和记录。
通过多次重复加载，并将测量结果进行统计分析，就可以得到相应的疲劳载荷谱。
在计算机模拟中，可以通过有限元分析等方法对结构物在不同工况下的载荷进行模拟。
通过对结构物所受到的载荷进行统计分析，就可以得到相应的疲劳载荷谱。
疲劳载荷谱对于结构物寿命评估和疲劳强度设计具有重要意义。
它可以用于确定结构物在预期的使用寿命内是否会发生疲劳破坏，并为疲劳强度设计提供基础数据。
疲劳载荷谱的准确性和合理性对于结构物的安全性和可靠性具有关键影响。
workben疲劳分析指南第二章
第二章疲劳程序2.1 基本情况进行疲劳分析是基于线性静力分析，所以不必对所有的步骤进行详尽的阐述。
疲劳分析是在线性静力分析之后，通过设计仿真自动执行的。
对疲劳工具的添加，无论在求解之前还是之后，都没有关系，因为疲劳计算不并依赖应力分析计算。
尽管疲劳与循环或重复载荷有关，但使用的结果却基于线性静力分析，而不是谐分析。
尽管在模型中也可能存在非线性,处理时就要谨慎了，因为疲劳分析是假设线性行为的。
在本章中，将涵盖关于恒定振幅、比例载荷的情况。
而变化振幅、比例载荷的情况和恒定振幅、非比例载荷的情况，将分别在以后的第三和四章中逐一讨论。
2.1.1疲劳程序下面是疲劳分析的步骤，用斜体字体所描述的步骤，对于包含疲劳工具的应力分析是很特殊的：模型指定材料特性，包括S-N曲线；定义接触区域（若采用的话）；定义网格控制（可选的）；包括载荷和支撑；（设定）需要的结果，包括Fatigue tool求解模型；查看结果。
在几何方面，疲劳计算只支持体和面，线模型目前还不能输出应力结果，所以疲劳计算对于线是忽略的，线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性，但在疲劳分析并不计算线模型。
2.1.2 材料特性由于有线性静力分析，所以需要用到杨氏模量和泊松比：如果有惯性载荷,则需要输入质量密度；如果有热载荷，则需要输入热膨胀系数和热传导率；如果使用应力工具结果(Stress Tool result), 那么就需要输入应力极限数据，而且这个数据也是用于平均应力修正理论疲劳分析。
疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下的材料特性当中S-N曲线数据：数据类型在疲劳特性” Fatigue Properties ”下会说明；S-N 曲线数据是在材料特性分支条下的交变应力与循环” Alternating Stress vs. Cycles ”选项中输入的。
如果S-N曲线材料数据可用于不同的平均应力或应力比下的情况，那么多重S-N曲线也可以输入到程序中。
一种疲劳载荷谱简化方法及其程序实现技术
一种疲劳载荷谱简化方法及其程序实现技术哎呀，这可真是个有趣的任务啊。
咱们今天就来聊聊这个听起来有点枯燥的话题——疲劳载荷谱简化方法及其程序实现技术。
别急，我保证不会让这个变成那种让人打瞌睡的学术报告，咱们用点大白话，就像咱们平时聊天那样。
首先得说，这个疲劳载荷谱啊，其实就是一种记录和分析机械部件在实际工作中承受的各种力的方法。
想象一下，你每天开车，那车的悬挂系统就得承受各种路面的颠簸，这些颠簸就是载荷。
而疲劳载荷谱，就是把这些颠簸记录下来，然后分析它们对车辆悬挂系统的影响。
好了，咱们来聊聊这个简化方法。
你想想，如果每次开车都得记录下每一个颠簸，那得有多麻烦啊。
所以，科学家们就想出了一种简化的方法，就是把那些相似的颠簸归到一类，这样就不用记录每一个细节了，只要记录下这个类别的代表载荷就行。
举个例子吧，比如说你开车经过一段坑坑洼洼的路，这些坑坑洼洼其实都差不多，那我们就可以把它们看作是一种载荷。
这样，你就不用记录每一个坑的细节了，只需要记录下这种载荷的大概情况。
接下来，咱们聊聊程序实现技术。
这个程序啊，就像是个智能助手，帮你把那些复杂的载荷数据简化处理。
你得告诉它，什么样的载荷是相似的，需要归为一类。
然后，这个程序就会自动帮你把数据整理好，让你一眼就能看出哪些载荷是主要的，哪些是可以忽略的。
举个例子，比如说你是个工程师，你得分析一座桥在不同天气条件下的载荷情况。
这个程序就能帮你把那些因为风、雨、雪等不同天气造成的载荷归类，然后简化成几个主要的载荷类型。
这样，你就不用去分析每一个细节了，只需要关注那些主要的载荷类型。
最后，咱们得首尾呼应一下。
你看，这个疲劳载荷谱简化方法及其程序实现技术，其实就是个帮我们省事儿的工具。
它让我们能够更高效地处理那些复杂的数据，让我们的工作变得更轻松。
就像我们平时聊天一样，有时候也得简化一下，不然聊得太复杂，大家都听不懂了。
所以，这就是疲劳载荷谱简化方法及其程序实现技术的故事。
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N(Ude)——超越Ude的平均次数/单位长度 p1，p2——出现非暴风紊流和暴风紊流的比例
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 连续突风载荷 2º 飞机结构的响应
飞机对大气紊流的响应 任务剖面
相应的超越频率 ⎡ ⎛ ∆n ⎞ ⎛ ∆n ⎞⎤ ⎟ ⎜ ⎟ N (∆n) = N (0) ∆n ⎢ p1 exp⎜ ⎜ − A b ⎟ + 15 p2 exp⎜ − A b ⎟⎥ ⎢ ∆n 1 ⎠ ∆n 2 ⎠ ⎥ ⎝ ⎝ ⎣ ⎦
第2章 疲劳载荷谱
2.1.1离散突风载荷 2º 突风缓和因子
假定突风形状为： U=
U de 2 2π s ⎞ ⎛ 1 − cos ⎜ ⎟ 25c ⎠ ⎝
飞机在突风作用下动态平衡方程[3,5]：
1 1 U (t ) α 2 α M + ρVx SC y (t )V y = ρVx SC y (t ) dt 2 2 Vx dV y
离散突风模型 连续突风模型
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 突风载荷
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1离散突风载荷
离散突风模型认为突风是一次一次独立地来到的。
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第2章 疲劳载荷谱
伪随机数
伪随机数(Pseudo-Random Number) 是按某种规律产生的 均匀分布的数的集合。试图用它模拟现实世界中的随机数。 定义： 取n个自然数m1，m2，……mn，其中1≤mi≤n(i∈n)， 且mi不重复，使其随机排列，则称n为该随机数列的周 期，即有mi＝mi+n。 产生伪随机数的方法有： (1) 物理方法：用机械的办法产生白噪声 (2) 查表法 (3) 数学方法：加同余法、乘同余法、混合同余法等
实测：
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.4 地面滑行载荷
地面滑行载荷的大小取决于跑道的平整度和起落架的 缓冲性能。
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.4 地面滑行载荷
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第2章 疲劳载荷谱
任务1
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第2章 疲劳载荷谱
任务2
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第2章 疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 突风载荷
突风(Gust)载荷或阵风载 荷是民用飞机疲劳损伤的主要 来源，但对军用飞机造成的疲 劳损伤不大。 突风是由大气紊流造成的， 目前已对大气紊流的分布作了 统计，用垂直折算突风速度Ude 描述。
可能包含：
I. 外挂物投放 J. 其它明显的重量变化 K. 任务半径 L. 不同于标准的其他跑道型式 M. 高用于和有助于确定典型任务的 任何其它补充资料
任务剖面例子
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第2章 疲劳载荷谱
任务剖面的表格形式
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突风谱
紊流均方根值 的概率分布
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.2 机动载荷
机动过载是歼击机类战斗机的主要疲劳载荷，是由飞 行统计给出的。MIL-A-008866B给出的统计数据：
ny 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 0.5 0 -1.0 -2.0 -2.5 爬升 5000 90 1 巡航 10000 2500 400 1 下降 20000 5500 500 1 巡逻 15000 2200 500 1 空－地 特种武器 空－空 175000 70000 300000 100000 25000 150000 40000 7500 50000 10000 2000 13000 1500 250 2500 200 15 900 15 1 180 1 60 15 10000 44000 350 4000 7 350 1 8 1
S max + S min Sm = 2
S min R= S max
应力比R＝－1，对称循环疲劳载荷 应力比R＝０，脉动循环疲劳载荷
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第2章 疲劳载荷谱
2.3.2 程序块谱
程序块谱是对工程结构服役载荷谱的一种统计近似。 当整个寿命期内块谱的块数较少时，不同编排对疲劳寿命有较大的 影响； 通常，程序块谱采用低—高—低的方式编排； 对飞机结构，通常按任务剖面编排； 程序块谱可以用图或表格表达。
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.3 着陆撞击载荷
着陆撞击疲劳载荷取 决于飞机的下沉速度Vy和 飞机与起落架的弹性特性。 MIL-A-8866统计地飞机下 沉速度为(表）： 着陆下沉速度还与飞 机类型有关。
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第2章 疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱
2.3.3 随机谱
随机谱是将实测和分析得到的载荷按结构服役过程中的 受载特点进行随机编排。目前已有多种随机编谱的方法，各 行业也有各自的做法。
¾ 伪随机数 ¾ 乘同余法 ¾ 随机谱编排
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.2 机动载荷
运输机的机动过载：
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.2 机动载荷
运输机的机动过载：
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.1 连续突风载荷
连续突风模型基于功率谱密度技术，考虑所有波长的 突风对飞机的影响。
1º 大气紊流环境表达式
⎛ U de ⎞ ⎛ U de ⎞ ⎜ ⎟ N (U de ) = 20 p1 exp⎜ p 15 exp + − 2 ⎟ ⎜ − 5.3K ⎟ ⎜ 2.2 K ⎟ 1 ⎠ 2 ⎠ ⎝ ⎝
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第2章 疲劳载荷谱
2.1.3 着陆撞击载荷
按起落架参数，组合下沉速度，求出无量纲的接地速度
′ = Vy U0
A2 g W1a
W1——一个减震支柱上部质量(kg) a——轮胎的力—挠度曲线线性化后的斜率(kg/m)
3 Ah ρ A= 2(Cd An ) 2 cosθ
任务3
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第2章 疲劳载荷谱
任务4
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第2章 疲劳载荷谱
任务5
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第2章 疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱的处理
2.1 飞机疲劳载荷谱的组成 2.2 飞机疲劳载荷谱的编制思路 2.3 飞机疲劳载荷谱的种类
参考书目
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第2章 疲劳载荷谱
2.1 疲劳载荷谱的组成
飞机受到的疲劳载荷主要由下面五个部分组成： ¾ 突风载荷 ¾ 机动载荷 ¾ 着陆撞击载荷 ¾ 地面滑行载荷 ¾ 地—空—地循环
一般通过实地测量获得地面滑行载荷，在没有实测数 据时，可采用标准给出的数据，如:美国军用规范 MIL-A8866 重心处过载 1±0.0 1 ±0.1 1±0.2 1±0.3 1±0.4 1±0.5 1±0.6 1±0.7
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累积出现次数 494,000 194,000 29,000 2,000 94 4 0.155 0.005
2.3 疲劳载荷谱的种类
疲劳载荷谱按其形式可分为三类：
常幅疲劳载荷谱 变幅程序块谱 随机疲劳载荷谱
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第2章 疲劳载荷谱
2.3.1 常幅谱
常幅疲劳载荷谱通常用于材料的疲劳性能试验、方法研 究、结构疲劳性能的对比等。 描述一个常幅疲劳载荷谱需要下述五个参数中的二个： 最大应力Smax、最小应力Smin、应力幅值Sa、平均应力Sm、应 力比R S max − S min Sa = 2
飞机疲劳载荷谱编制的基本依据是飞机的任务剖面
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第2章 疲劳载荷谱
任务剖面
定义：任务剖面是一些任务段或事件的顺序表，这些任务 段或事件组成一个完整的任务。 任务剖面可以用图形或表格表示，通常包含下列变量：