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基于核密度估计的起重机应力谱编制方法研究

起重运输机械 2024年第9期 56-61页

作者：刘华许海翔上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062

准确获得起重机金属结构的应力谱是疲劳寿命评估的前提,基于短期实测应力数据样本外推至全寿命周期内应力谱的方法是当前常用的一种方法,针对起重机疲劳寿命评估中常用的基于威布尔分布统计模型外推方法存在的一些不足,文中提出了基于... 详细信息

准确获得起重机金属结构的应力谱是疲劳寿命评估的前提,基于短期实测应力数据样本外推至全寿命周期内应力谱的方法是当前常用的一种方法,针对起重机疲劳寿命评估中常用的基于威布尔分布统计模型外推方法存在的一些不足,文中提出了基于核密度估计的起重机应力谱的外推流程和方法,并以岸边集装箱起重机为研究对象,利用文中给出的流程、方法外推应力循环幅值数据。外推数据统计分析结果显示:基于核密度估计方法生成的数据较好地反映了测试数据的统计特征,与基于威布尔统计模型的外推方法相比,具有不需要进行先验假设、拟合精度高的特点。

关键词：岸边集装箱起重机核密度估计应力谱外推舍选抽样法

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基于KDE的构架应力谱外推与疲劳寿命评估

振动．测试与诊断 2022年第3期42卷 556-563,621页

作者：王秋实周劲松肖忠民宫岛张展飞王腾飞孙煜同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 南洋理工大学机械与航空航天工程学院新加坡639798

获取动应力谱是对车辆结构进行疲劳分析的重要前提,其分析结果的准确性受动应力谱的完整性和充分性的影响。在保留载荷的概率分布特征的前提下,有必要将动应力测试数据从小样本外推至大样本。对转向架构架的应力谱外推和疲劳寿命评估进... 详细信息

获取动应力谱是对车辆结构进行疲劳分析的重要前提,其分析结果的准确性受动应力谱的完整性和充分性的影响。在保留载荷的概率分布特征的前提下,有必要将动应力测试数据从小样本外推至大样本。对转向架构架的应力谱外推和疲劳寿命评估进行了研究,并以某地铁转向架测点为分析案例。首先,对二维核密度估计(kernel density estimation,简称KDE)中最优带宽的确定方法进行了讨论;其次,提出了采用矩阵型灰色关联度分析方法对外推前后的雨流矩阵的接近性关联度与相似性关联度进行量化评价;最后,提出基于多样本核密度动应力谱外推的疲劳寿命评估方法。结果表明:与基于实测数据的评估结果相比,基于核密度外推的疲劳寿命评估结果的相对误差为-4.17%,安全运营里程减少了2.13×104km。基于核密度估计的外推精度满足工程实践的要求,且评估结果更偏于安全,对保证车辆安全运营十分有益。

关键词：转向架构架核密度估计核密度外推应力谱疲劳寿命

基于模糊聚类的高表征度地铁构架应力谱编制方法

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中国铁道科学 2022年第5期43卷 102-110页

作者：薛海胡李军李强兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 北京交通大学轨道车辆结构可靠性与运用检测技术教育部工程研究中心北京100044

针对目前地铁构架应力谱编制中应力分级划分不合理导致评估结果与实际疲劳损伤存在较大差异的问题,研究基于模糊聚类的高表征度地铁构架应力谱编制方法。首先,采用模糊聚类分析方法,对不同应力循环造成的损伤进行聚类;然后,根据不同特... 详细信息

针对目前地铁构架应力谱编制中应力分级划分不合理导致评估结果与实际疲劳损伤存在较大差异的问题,研究基于模糊聚类的高表征度地铁构架应力谱编制方法。首先,采用模糊聚类分析方法,对不同应力循环造成的损伤进行聚类;然后,根据不同特征应力造成的损伤隶属度进行级数确定,对由于低中应力区的应力大小和次数变化较大,使得相邻应力级平顺性较差的问题,采用神经网络曲线拟合进行平滑处理,而对由于高应力区存在次数为零的应力级,且整体次数较少,使得数据本身的数理统计规律性较弱的问题,则采用二维核密度估计进行非参数统计;最后,基于损伤一致性原则,对分类结果中各级等效应力进行优化,完成高表征度应力谱的编制。以某地铁转向架构架制动吊座与横梁连接处测试数据为例,与传统雨流计数编谱方法对比,验证本文方法。结果表明:采用模糊聚类和应力分区统计的编谱方法,不仅可以准确反映应力的分布规律,真实表征应力作用所产生的疲劳特性,而且外推结果可有效克服有限数据样本采集不足引起的误差,有效模拟了结构实际受载状况,提高了所编制应力谱在构架疲劳分析方面的准确性,并可为其他应力谱编制提供参考。

关键词：应力谱疲劳损伤模糊聚类神经网络二维核密度估计雨流计数

基于聚类分析和支持向量机的非等间隔应力谱编制方法

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工程力学 2023年第11期40卷 236-243页

作者：薛海杜文尹怀彦胡李军兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

为保证根据实测应力-时间历程数据编制的应力谱最大程度反映载荷实际作用特性,提出了一种基于疲劳损伤的非等间隔应力谱编制方法。通过引入非等间隔自适应比值系数,根据损伤等效原则,建立应力谱分级数与疲劳损伤关系数学模型;考虑每个... 详细信息

为保证根据实测应力-时间历程数据编制的应力谱最大程度反映载荷实际作用特性,提出了一种基于疲劳损伤的非等间隔应力谱编制方法。通过引入非等间隔自适应比值系数,根据损伤等效原则,建立应力谱分级数与疲劳损伤关系数学模型;考虑每个应力循环的属性特征,采用聚类分析对所有应力循环进行分类,结合支持向量机多分类进行判别,得到不同分级数下的准确率和预测图;综合考虑数学模型得到的损伤相对误差和支持向量机分类准确率,选取应力谱最佳分级数,编制了相应的非等间隔应力谱,并与目前常用的等间隔和非等间隔8级谱进行比较。分析结果表明:基于损伤等效原则,采用聚类分析和支持向量机进行应力谱分级,不仅考虑了所有应力循环的整体特征,很大程度保留了应力的局部信息和属性,且根据疲劳累积损伤理论得到的损伤与实际损伤结果差异明显降低,从而更能准确反映实测数据的应力特性和疲劳效应,可为其他实测载荷-时间历程数据进行非等间隔分级和载荷谱编制提供参考。

关键词：应力谱疲劳损伤非等间隔聚类分析支持向量机

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基于实测动应力分析的车轴台架试验谱编制

中国铁道科学 2022年第1期43卷 110-117页

作者：王文静闫瑞国丁然梁韵琪李忠文北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

通过长距离线路动应力测试,编制适用于车轴磁粉探伤周期优化研究的台架试验谱。首先,分析测试结果中车辆载重、线路工况、运行交路对车轴动应力的影响,并考虑车轮失圆的影响,确定不同影响因素的灵敏度;然后,进行应力谱极值推断,得到车... 详细信息

通过长距离线路动应力测试,编制适用于车轴磁粉探伤周期优化研究的台架试验谱。首先,分析测试结果中车辆载重、线路工况、运行交路对车轴动应力的影响,并考虑车轮失圆的影响,确定不同影响因素的灵敏度;然后,进行应力谱极值推断,得到车轴外推应力谱;最后,得到台架试验谱,并开展台架疲劳试验。结果表明:车轴最大应力截面上的最高频次应力,在动车组满载运行时增大至空载运行时的1.2倍,在曲线和道岔工况下相较于直线工况分别增大了15.6%和13.0%;车轴动应力极值在动车组运行于不同交路时约有16 MPa的波动,随着外推里程的增加,极值逐渐趋于稳定;外推应力谱可划分为极值应力区、高频次应力区、过渡应力区3个区域,在应力分区的基础上等损伤建立了3级台架试验谱;在完成含表面2 mm深弦形缺陷车轴的108周次疲劳加载台架试验后,缺陷表面和根部未萌生微裂纹,车轴磁粉探伤周期延长具有较强的可行性。

关键词：台架试验谱高速动车组车轴动应力应力谱极值理论

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塔式起重机结构应力谱快速获取方法

机械设计与研究 2022年第4期38卷 202-207页

作者：韩亚鹏周继红王爱红左旸太原科技大学机械工程学院太原030024 太原重工股份有限公司太原030024

针对当前许多施工现场塔式起重机装有安全监控系统,实时进行安全评估时却无法快速获得结构应力谱的问题,提出一种快速获取塔机应力谱方法。该方法利用有限元分析技术,根据不同工况,建立应力数据样本库,在此基础上结合支持向量机算法快... 详细信息

针对当前许多施工现场塔式起重机装有安全监控系统,实时进行安全评估时却无法快速获得结构应力谱的问题,提出一种快速获取塔机应力谱方法。该方法利用有限元分析技术,根据不同工况,建立应力数据样本库,在此基础上结合支持向量机算法快速获取危险点的等效应力值。首先,采用Windows通用软件开发平台VC++结合ANSYS开发了模拟塔式起重机运行工况的软件,对样机进行静力学分析,得出了塔机的危险截面以及危险点。然后,固定小车移动步长,选择合适的起吊载荷步长,对塔式起重机进行不同起重量、不同小车位置的仿真模拟,得到起重机危险点的等效应力值,将这些数据保存到数据库中,利用这些数据对支持向量机模型进行训练。最后,根据监控系统采集的数据,快速获取危险点的等效应力值,验证了该方法的高效性。该方法可以应用于塔机安全监控系统中,实时对在役塔机进行在线安全评估,也可推广到其他重型机械领域。

关键词：应力谱二次开发数据库支持向量机

塔式起重机结构应力谱快速获取与寿命估算平台开发

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塔式起重机结构应力谱快速获取与寿命估算平台开发

作者：韩亚鹏太原科技大学

学位级别：硕士

随着我国“一带一路”战略的提出以及城镇化建设的不断推进,塔式起重机(简称塔机)作为当今施工领域最重要的起重设备之一,其市场保有量得到了快速的增长。但由于塔机大多处于露天工作,工作环境比较恶劣,且其经常处于高强度和高频率的工... 详细信息

随着我国“一带一路”战略的提出以及城镇化建设的不断推进,塔式起重机(简称塔机)作为当今施工领域最重要的起重设备之一,其市场保有量得到了快速的增长。但由于塔机大多处于露天工作,工作环境比较恶劣,且其经常处于高强度和高频率的工作中,极易发生安全事故。通过对多例塔机事故的分析,发现大部分事故都是由其疲劳破坏造成的,导致严重的人员伤亡和财产损失。因此,对塔机疲劳剩余寿命方法的研究具有重要意义。为避免塔机由疲劳损伤造成重大事故的发生,近年来塔机的安全监控系统已经广泛应用于各个工地现场,但对其进行实时安全评估时,却无法快速获取塔机结构应力谱和其疲劳剩余寿命。针对此问题,本文提出一种快速获取塔机应力谱的方法,该方法利用有限元分析技术,根据不同工况,建立应力数据样本库,在此基础上结合预测算法快速获取核算点的等效应力值,为后续疲劳寿命估算平台的开发做好了铺垫。最后,根据监控系统采集的数据,结合WPSO-SVM预测模型,快速获取核算点的等效应力值,并计算出与实际寿命相符合的预测结果,验证了该方法的有效性。本文以某在役塔机为研究对象,完成的主要工作内容如下:(1)搭建了塔机的有限元模型,并结合VC++与ANSYS软件建立塔机有限元分析平台,完成了对该塔机的静力学和动力学自动分析。同时得到了几种典型工况下的应力云图和变形云图,确定了塔机臂架的危险点,将这些危险点作为后续分析的疲劳核算点。(2)引用了一种自适应粒子群算法优化SVM参数的算法,接着分别建立了SVM、PSO-SVM、WPSO-SVM这三种预测模型,同时比较了它们的预测能力。(3)结合VC++与Access为该塔机构建一个应力数据样本库,利用VC++的ADO技术实现了本平台对应力数据样本库的访问。在不同起吊载荷步长下分别建立了应力数据样本库,接着利用预测模型比较了它们的优劣,并最终在本平台中选择起吊载荷步长为0.2t建立应力数据样本库。(4)利用VC++软件将疲劳寿命的估算过程进行了集成,开发出塔机疲劳寿命估算平台。根据监控系统监测的数据,结合建立好的WPSO-SVM预测模型,实现了核算点等效应力值的快速获取和疲劳剩余寿命的快速估算。

关键词：塔式起重机应力谱二次开发应力样本数据库支持向量机

基于概率分布函数的动车组车轴应力谱试验分析

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中国铁道科学 2013年第2期34卷 95-99页

作者：周素霞谢基龙赵方姚圣卓北京建筑工程学院机电与汽车工程学院北京100044 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心北京100081

根据EN 13103标准分析计算车轴表面应力分布规律,据此在车轴应力较大的距车轮内端面113和163mm处的动车组车轴表面各布置2个测点,由此得到京津城际铁路和既有线路动车组的车轴应力时间历程,然后进行数据处理后得到车轴弯曲应力谱子样,... 详细信息

根据EN 13103标准分析计算车轴表面应力分布规律,据此在车轴应力较大的距车轮内端面113和163mm处的动车组车轴表面各布置2个测点,由此得到京津城际铁路和既有线路动车组的车轴应力时间历程,然后进行数据处理后得到车轴弯曲应力谱子样,再由估计的最大应力幅值得到动车组车轴8级程序应力谱。结果表明:动车组车轴应力幅值的分布符合三参数威布尔分布,并且既有线路动车组的车轴应力变化幅度比较大,而京津城际铁路的则比较平缓;在相同速度下,既有线路动车组的车轴应力最大值比京津城际铁路的大1倍左右;动车组以240km·h-1速度运行时其车轴应力幅值最小,在其他速度级下,车轴应力除最大值稍微有差别外,其他应力水平基本一致。

关键词：动车组车轴疲劳应力谱概率分布函数

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面向撞击载荷的疲劳寿命分析及验证

机电元件 2024年第1期44卷 39-44页

作者：赵正阳张楚贤冯萃峰蔡立兵刘文成王子文北京航天微机电技术研究所北京100094

针对宇航用波导开关在反复切换撞击工况下的寿命指标要求,开展疲劳寿命设计与验证。在实际工况应力谱难以获得的情况下,基于数值计算方法,采用两种不同方法获取应力谱后开展疲劳寿命分析并进行了试验验证,验证结果表明:基于瞬态动力学... 详细信息

针对宇航用波导开关在反复切换撞击工况下的寿命指标要求,开展疲劳寿命设计与验证。在实际工况应力谱难以获得的情况下,基于数值计算方法,采用两种不同方法获取应力谱后开展疲劳寿命分析并进行了试验验证,验证结果表明:基于瞬态动力学的疲劳分析有较高的准确性,在此基础上,优化改进产品结构,使产品切换寿命满足指标要求。

关键词：波导开关疲劳寿命应力谱瞬态动力学