基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法与流程

本发明涉及载荷谱编制和预测方法，具体地说，涉及一种基于设备全寿命周期载荷谱的编制和预测方法。

背景技术：

1、载荷谱是结构强度和耐久性仿真、试验和评价的关键输入，作为整机结构或零部件所承受典型载荷的时间历程，载荷谱反映了设备在服役条件下的真实环境应力变化，是评价设备可靠性和耐久性的必要条件。载荷谱一般通过设备现场工作时的实测途径获取，经过信号分析和统计处理，可编制成用于试验和仿真分析的数据格式，对设备的评价、设计和开发有着极大的作用。

2、目前，载荷谱的采集和利用通常是一次性的，即在设备的某个短时间的服役阶段实施测试和采集，将得到的载荷谱数据用于设备全寿命周期的服役评价，实际上，设备服役环境不是静态不变的，随着时间增长，设备的载荷条件可能会日渐趋于恶劣，但随着定期维护和保养，短时间内载荷条件又会突然改良，总的来说，大多数设备的服役条件呈现时间动态变化的整体趋势，如果用某个特定阶段采集的载荷谱来代表整个服役周期的载荷谱，是不合理的。

3、国内外目前较为通用的载荷谱采集处理方法还是静态的方法，即不考虑环境条件在长期演化中的变化波动。在轨道交通领域，列车受轨道振动激励，振动载荷谱是评价列车可靠性和寿命的关键输入，反映了轨道的性能状态，轨道线路正常运行条件下，性能长期呈自然衰减趋势，但随着各种等级的检修维护，轨道性能又在短时间得到提升，但总体呈螺旋下降趋势，因此，有必要找到轨道性能在未来长时间的变化规律，从而实现轨道交通设备的可靠性和寿命评价。现有轨道振动载荷谱的获取和处理主要分为两个方向：一是随机载荷谱转化为循环载荷谱，二是有限载荷谱的外推，但均在载荷谱编制过程中均未考虑轨道性能的自然衰减和检修带来的短时间提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，使得设备运行状况性能的自然衰减效果与周期维护提升效果能在载荷谱中得到体现，从而动态定量描述真实载荷谱历史演化规律，得到的载荷谱预测数据可用于鉴定评估设备状态及寿命。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，包括以下步骤：

4、s1、在设备正常运行状态下，多次测试采集设备的振动载荷历程，获得设备的多个服役时间阶段的振动载荷谱数据；

5、s2、根据设备的多个服役时间阶段的振动载荷谱数据，将反映设备性能的振动载荷谱的多个参数进行等价，获得一个反映设备振动载荷谱烈度的等价参数；

6、s3、根据反映设备性能的载荷谱在全寿命周期内的演化规律，建立载荷谱等价参数与服役时间的函数模型，通过多个服役时间阶段的载荷谱等价参数标定函数模型，获得载荷谱等价参数与服役时间的函数曲线；

7、s4、根据服役时间点在函数曲线上对应的载荷谱等价参数，由载荷谱等价参数反向推导出设备当前服役时间点的振动载荷谱，完成设备该服役时间点振动载荷谱的预测。

8、优选地，步骤s1中，服役时间阶段的振动载荷谱数据绘制成振动幅值与时间的关系曲线，描述振动幅值的物理量包括加速度、位移、速度和频率。

9、优选地，步骤s1中，测试采集设备振动载荷历程的方式为，根据设备维护周期，选择多个阶段分别穿插进行载荷谱采集，采集次数覆盖设备的一个完整维护周期。

10、优选地，设备的一个完整维护周期包含多个小型维护、多个中型维护以及多个大型维护。

11、优选地，步骤s2中，根据采集的振动载荷谱数据，对载荷谱进行分级，级数分为1，2，3，....i...，n，每级对应的振动幅值si和振动频次ni分别为

12、si＝mxtα+n

13、ni＝pxtβ+q

14、式中，t为采集对应的时间，xt为等价参数，m、n、p、q、α和β分别为常数；将采集到的载荷谱数据按载荷谱分级方法处理，可分别得到对应采集时间点的等价参数xt。

15、优选地，每次测量采集设备载荷谱数据的间隔期大于半年，测试采集次数大于5次。

16、优选地，步骤s3中，建立的载荷谱等价参数与服役时间的函数模型为

17、

18、其中，εt～normal(0,12)，xt为反映载荷谱状况的等价参数，εt为正态分布函数，t为服役时间阶段，a、b、c、d、e、f、g、e为待定常数。

19、与现有技术相比，本发明相对于以往通过单个服役时间点实测载荷谱描述全寿命周期载荷谱的办法，载荷谱考虑了全寿命周期载荷谱动态演化规律，将全寿命周期内性能自然衰减效果与周期维护提升效果体现在载荷谱模型中，达到精确预测设备某个服役历史阶段载荷谱状况的目的，且通过几个历史阶段的实测即可进行全寿命周期载荷谱预测，大大节约了载荷谱实测成本。

技术特征：

1.一种基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1的基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，其特征在于，步骤s1中，服役时间阶段的振动载荷谱数据绘制成振动幅值与时间的关系曲线，描述振动幅值的物理量包括加速度、位移、速度和频率。

3.如权利要求1的基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，其特征在于，步骤s1中，测试采集设备振动载荷历程的方式为，根据设备维护周期，选择多个阶段分别穿插进行载荷谱采集，采集次数覆盖设备的一个完整维护周期。

4.如权利要求3的基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，其特征在于，设备的一个完整维护周期包含多个小型维护、多个中型维护以及多个大型维护。

5.如权利要求1的基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，其特征在于，步骤s2中，根据采集的振动载荷谱数据，对载荷谱进行分级，级数分为1，2，3，....i...，n，每级对应的振动幅值si和振动频次ni分别为

6.如权利要求1的基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，其特征在于，每次测量采集设备载荷谱数据的间隔期大于半年，测试采集次数大于5次。

7.如权利要求1的基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，其特征在于，步骤s3中，建立的载荷谱等价参数与服役时间的函数模型为

技术总结
本发明公开了一种基于全寿命周期的载荷谱编制和预测方法，包括以下步骤：S1、在设备正常运行状态下，多次测试采集设备的振动载荷历程，获得其多个服役时间阶段的振动载荷谱数据；S2、根据振动载荷谱数据，将反映设备性能的振动载荷谱的多个参数进行等价，获得一个反映设备振动载荷谱烈度的等价参数；S3、根据设备载荷谱在全寿命周期内的演化规律，建立载荷谱等价参数与服役时间的函数模型，通过多个服役时间阶段的载荷谱等价参数标定函数模型，获得载荷谱等价参数与服役时间的函数曲线；S4、根据服役时间点在函数曲线上对应的载荷谱等价参数，由载荷谱等价参数反向推导出设备当前服役时间点的振动载荷谱，完成设备该服役时间点振动载荷谱的预测。

技术研发人员：熊铃华,刘帅,明志茂
受保护的技术使用者：广电计量检测集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16