[發明專利]一種基于時域外推技術的動態載荷譜編制方法

在審

• 申請號: 202110359575.2
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113095192A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 宋正河;楊子涵
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 李彬;徐林

發明涉及一種基于時域外推技術的動態載荷譜編制方法，包括以下步驟：步驟1、利用經驗模態分解的載荷時域分解方法對實測載荷時域信號進行處理，獲取主成分載荷和趨勢載荷；步驟2、基于閾值篩選方法計算上下限最優閾值，得到與超過閾值的極值樣本分布相一致的擬合分布函數；步驟3、在步驟2的基礎上對超過閾值的極值樣本進行外推及重構，獲得完整的外推負載；步驟4、基于改進的時域外推方法編制動態載荷譜。本發明能夠為機械工程領域的仿真分析及可靠性試驗提供更為準確的負載輸入，進一步提高了載荷譜編制的精度。

技術領域

本發明涉及一種應用于載荷譜編制過程的方法，更具體地說，本發明涉及一種基于時域外推技術的動態載荷譜編制方法。

背景技術

在產品研發初期，想要通過全工況條件下的實車試驗獲取機器在生命周期內的載荷信息極其困難，需要耗費巨大的人力、物力和時間成本。因此，研發人員更傾向于通過短時測試獲取機器在各個工況下的基礎載荷數據推斷出較為完整的負載信息，即載荷外推技術。作為載荷譜編制過程中的重要環節，載荷外推能夠基于有限的測試，為載荷譜編制提供連續、準確的負載信息，有效減少零部件的測試時間及成本，加快產品研發進度。

現有技術當中，目前，載荷譜外推方法主要包括雨流矩陣外推方法和時域外推方法，時域外推方法作為一種新興的方法，不僅能夠避免因雨流域轉換產生的誤差，還能夠保留載荷的時序信息，因此在工程領域得到了廣泛應用。傳統時域外推方法的主要思路是利用超閾值模型(Peak Over Threshold，簡稱POT模型)提取實測載荷信號中的極值樣本，利用廣義帕累托分布(Generalized Pareto Distribution，簡稱GPD)對極值樣本進行擬合，通過生成滿足同分布要求的新極值替換原始極值樣本從而實現載荷外推。

機器在生命周期內往往會經歷多種工況，即使在同一工況下，由于機器狀態、環境等因素的改變，負載也會呈現出非平穩特征。傳統時域外推方法僅適用于載荷特征平穩的情況，在處理非平穩載荷信號時需要人工對載荷片段進行劃分、歸類后再分別進行外推，效率顯著降低；此外，傳統時域外推方法還存在閾值選取主觀因素較強、極值載荷重構精度較低的問題。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的是提供一種基于時域外推技術的動態載荷譜編制方法，以解決現有技術不適用于非平穩載荷、閾值選取主觀因素較強和極值載荷重構精度較低的問題。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種基于時域外推技術的動態載荷譜編制方法，包括以下步驟：

步驟1、利用經驗模態分解的載荷時域分解方法對實測載荷時域信號進行處理，獲取主成分載荷和趨勢載荷；

步驟1.1、利用經驗模態分解方法通過公式1對實測載荷時域信號進行分解，得到n≥3個本征模態函數分量和一個殘余函數：

式中，X(t)為實測載荷時域信號，c_j(t)為第j個本征模態函數(IMF)分量，r_n(t)為殘余函數，本征模態函數與殘余函數的單位均與實測載荷時域信號的單位一致；

步驟1.2、對各個本征模態函數(IMF)分量進行標準差分析；

式中，σ為標準差計算結果，x_i為第i個本征模態函數分量，i＝1、2、3….n；m為各個本征模態函數分量的樣本點個數，為各個本征模態函數分量的平均值；

步驟1.3、通過公式3將標準差最小的本征模態函數分量以及在其之前的所有本征模態函數分量疊加作為主成分載荷X_main(t)；通過公式4將剩余的本征模態函數分量與殘余函數疊加作為趨勢載荷X_trend(t)；