[發(fā)明專利]一種拖拉機(jī)零部件加速載荷譜快速壓縮方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010207850.4
• 申請日: 2020-03-23
• 公開（公告）號: CN111581715B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝斌;溫昌凱;楊子涵;宋正河;尹宜勇;趙雪彥;李淑艷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F17/14;G06F119/14
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發(fā)明涉及一種用于加速試驗的拖拉機(jī)零部件載荷譜快速壓縮方法，基于S?N曲線與實測應(yīng)力載荷譜，融合短時傅里葉變換的時頻分析方法，準(zhǔn)確辨識提取高疲勞損傷部分，快速壓縮形成用于加速試驗的載荷譜。該方法能夠綜合考慮載荷幅值與頻率對零部件材料的耦合影響，最大限度壓縮原始載荷信號并且能夠保證壓縮信號與原始信號在疲勞損傷量、統(tǒng)計參數(shù)、幅值域穿級計數(shù)以及頻率域功率譜密度等方面保持一致，實現(xiàn)相同的加載效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于拖拉機(jī)試驗測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于加速試驗的拖拉機(jī)零部件載荷譜快速壓縮方法。

背景技術(shù)

關(guān)鍵零部件可靠性是影響拖拉機(jī)田間作業(yè)連續(xù)規(guī)范的重要因素，試驗是對拖拉機(jī)零部件設(shè)計與制造的重要評價手段。在完成拖拉機(jī)任意零部件設(shè)計后，進(jìn)行全工況的疲勞試驗，可以有效驗證零部件具有設(shè)計中規(guī)定的強(qiáng)度和使用壽命。基于實驗室的加速測試可通過試驗臺復(fù)現(xiàn)零部件實際作業(yè)的受載情況，同時可以對加速試驗加載信號進(jìn)行壓縮，因此被廣泛應(yīng)用。

用于加速試驗的零部件載荷譜是實驗室加速測試的基礎(chǔ)，其核心是疲勞數(shù)據(jù)編輯技術(shù)，可以保證在加載時間上短于實測載荷譜長度，同時依然可以保證造成大約一致的疲勞損傷。機(jī)械領(lǐng)域零件載荷譜編輯方法大致分為兩種，基于時域以及基于頻域的疲勞數(shù)據(jù)編輯方法，其基礎(chǔ)均為傳統(tǒng)的、以S-N曲線為核心的疲勞分析理論，完全忽略作業(yè)載荷的頻率信息，只考慮應(yīng)力幅值對于研究對象疲勞壽命的影響。

但是，拖拉機(jī)等農(nóng)機(jī)裝備在田間工作時，受限于缺少足夠的懸架系統(tǒng)，與汽車的受載情況存在較大差異，作業(yè)時主要受到寬頻率段、幅值時變等特點的隨機(jī)非平穩(wěn)載荷。針對工作振動明顯，載荷頻率段寬以及幅值變化大的農(nóng)業(yè)裝備編制用于加速試驗的零部件載荷譜，應(yīng)綜合考慮載荷幅值與頻率對材料壽命的耦合影響。因此，提出基于短時傅里葉變換的拖拉機(jī)零部件信號壓縮方法，充分考慮拖拉機(jī)田間作業(yè)載荷特性，從載荷幅值與頻率的角度出發(fā)，充分識別并嚴(yán)格保留原始應(yīng)力信號中的高疲勞損傷部分，通過對比信號前后的疲勞損傷保留量、壓縮比、統(tǒng)計參數(shù)、幅值域以及頻率域來確定最終的縮減信號。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于加速試驗的基于短時傅里葉變換的拖拉機(jī)零部件載荷譜快速壓縮方法，該方法能夠綜合考慮載荷幅值與頻率對零部件材料的耦合影響，最大限度壓縮原始載荷信號并且能夠保證壓縮信號與原始信號在疲勞損傷量、統(tǒng)計參數(shù)(均值、均方根值以及峰度系數(shù))、幅值域穿級計數(shù)以及頻率域功率譜密度等方面保持一致，實現(xiàn)相同的加載效果。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種用于加速試驗的拖拉機(jī)零部件載荷譜快速壓縮方法，包括以下步驟：

1)獲取實測的拖拉機(jī)零部件原始應(yīng)力載荷譜；

2)對原始應(yīng)力載荷譜進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括：重采樣、消除趨勢項、濾波以及去除奇異點等；

3)求解預(yù)處理后的實測應(yīng)力載荷譜的梯度，獲得實測應(yīng)力載荷譜的功率密度曲線，求解材料S-N曲線的梯度，獲得功率密度-壽命曲線方程；

4)對實測應(yīng)力載荷譜的功率密度曲線進(jìn)行基于短時傅里葉變換的時頻分析，獲取某一時刻單位時間段內(nèi)的累積循環(huán)次數(shù)，對功率密度-壽命曲線方程求反函數(shù)，獲取材料疲勞失效的極限循環(huán)次數(shù)；

5)在步驟4)的基礎(chǔ)上，對某一時刻單位時間段內(nèi)的累積循環(huán)次數(shù)和材料疲勞失效的極限循環(huán)次數(shù)做比得到單位時間內(nèi)的累積功率密度；

6)重復(fù)步驟5)計算得到多個單位時間內(nèi)的累積功率密度，多個單位時間內(nèi)的累積功率密度形成累積功率密度分布，然后設(shè)置累積功率密度分布的功率密度截止閾值，根據(jù)功率密度截止閾值識別累積功率密度分布的高累積功率密度部分以及低累積功率密度部分；

7)將高累積功率密度部分以及低累積功率密度部分分別映射到實測應(yīng)力載荷譜的時域，將實測應(yīng)力載荷譜中的低疲勞損傷部分進(jìn)行刪減，提取高疲勞損傷部分；