轮式装载机载荷极值度量与时域外推方法研究

发布时间：2017-03-16 05:00

  本文关键词：轮式装载机载荷极值度量与时域外推方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在车辆设计过程中,基于用户的测试载荷分析是非常关键的一步,在考虑零部件疲劳累积损伤、疲劳极限或者突然断裂的设计时,需要对载荷在幅值域和时域进行统计分析,以保证安全设计和过设计之间的平衡。为了实现室内模拟加载试验、试验场耐久性试验以及疲劳寿命预测分析,对实测载荷进行极值载荷度量与循环外推以快速得到一定寿命周期内的载荷谱是当前工程车辆领域的研究重点。由于实测载荷样本很难包含在全寿命周期内可能出现的极值载荷,因此如何有效利用样本中的极值信息,确定一种可靠的极值载荷度量方法是本文解决的问题之一;在极值循环外推过程中,为了考虑大载荷循环对疲劳寿命的影响,提出一种改进的极值循环外推方法以弥补现有方法的不足是本文解决的问题之二。本文依托国家自然基金项目(项目号:51375202),结合马尔可夫链蒙特卡罗模拟(MCMC)和多准则决策技术(MCDM),将极值理论(EVT)应用在极值载荷度量和循环外推中,主要研究内容与结论分析归结如下:1.在综述载荷谱编制与极值理论等技术研究现状的基础上,对基于BMM模型的广义极值分布和基于POT模型的广义帕累托分布,从极值样本抽取方法、拟合分布函数选取、参数估计方法、关键变量确定方法以及模型的应用等方面展开详细讨论,为后续的相关研究提供参考。2.针对载荷重构在可靠性试验、室内模拟加载实验以及结构疲劳寿命分析中的重要性,提出载荷重构所用MCMC理论。以最大值、均值以及标准差等统计量为衡量标准,探讨载荷模拟长度。对重构载荷进行POT极值外推,以解决阈值以上可利用数据少和小载荷循环随机性低的问题,最终得到基于模拟载荷的外推载荷时间历程和循环累积频次曲线。3.结合工程车辆的作业载荷特点和BMM模型处理季节性数据的优势,为解决传统区组划分方法浪费极值信息的问题,给出分布函数拟合优度检验确定极值样本抽取好坏的思想,最终提出一种基于综合检验指标的改进极值抽样方法。同时,对比分析同一测点相同作业段等长度载荷时间历程的区组划分结果,验证所提方法的可靠性和平稳性。4.为了验证本文所提方法的有效性和工程实用性,分析装载机铲掘物料为原生土工况条件下的半轴载荷数据。以铲装单段载荷数据为例,作为BMM模型的基础数据样本,运用所提综合检验指标方法确定最优区组,对得到的极值样本进行广义极值分布拟合,采用图示法定性分析拟合效果,评价极值载荷度量方法的合理性。基于MATLAB软件,开发一款带有图形交互界面的“工程载荷数据处理应用软件V1.0”,为广大研发工程师提供便利的载荷谱编制流程和方法,实现载荷处理的规范化和便捷化。本文概括分析了当前载荷谱编制关键技术及流程,着重讨论了极值载荷度量与循环外推方法,最终可实现任意长度的载荷模拟、外推以及极值载荷的确定,快速得到一定寿命周期内的载荷谱,为静强度设计、室内加载试验和疲劳寿命分析提供基础性数据。
【关键词】：轮式装载机 载荷谱 极值理论 马尔可夫链蒙特卡罗模拟 多准则决策技术
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 静强度设计和疲劳寿命分析13-14
• 1.2.2 载荷谱编制流程及关键问题14-16
• 1.2.3 极值载荷度量和循环外推方法16-17
• 1.2.4 极值理论的研究进展与应用17-19
• 1.3 本文研究内容19-22
• 1.3.1 各章节内容20-21
• 1.3.2 论文创新点21-22
• 第2章 极值分布模型及其对比分析22-38
• 2.1 极值载荷概述22-23
• 2.2 广义极值分布函数(GEV)23-29
• 2.2.1 基于BMM模型的极值样本抽取23-24
• 2.2.2 分布函数定义24-27
• 2.2.3 极值分布的分位数27
• 2.2.4 参数估计方法27-29
• 2.3 广义帕累托分布函数(GPD)29-35
• 2.3.1 基于POT模型的极值样本抽取29-30
• 2.3.2 分布函数定义30-31
• 2.3.3 极值分布的分位数31-32
• 2.3.4 阈值选取32-33
• 2.3.5 参数估计方法33-35
• 2.4 对比分析结论35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 基于MCMC的时域载荷极值外推38-50
• 3.1 马尔可夫链与蒙特卡罗模拟38-41
• 3.1.1 马尔可夫链38-40
• 3.1.2 蒙特卡罗模拟40-41
• 3.2 基于MCMC重构的拓展载荷历程41-45
• 3.2.1 载荷模拟41-42
• 3.2.2 模拟结果讨论42-45
• 3.3 模拟载荷的极值外推45-48
• 3.3.1 GPD分布拟合45-47
• 3.3.2 载荷谱极值外推47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 基于MCDM的改进极值抽样方法50-60
• 4.1 传统区组大小确定50-52
• 4.2 初选最小样本容量52
• 4.3 分布函数拟合优度检验52-56
• 4.3.1 图示检验法52-54
• 4.3.2 计算检验法54-56
• 4.4 拟合优度综合检验指标计算56-59
• 4.4.1 检验量值的标准化57
• 4.4.2 熵值法确定检验量权重57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 装载机传动系载荷数据案例分析60-72
• 5.1 载荷数据分析60-61
• 5.2 确定BMM模型最优区组61-63
• 5.2.1 构建评价矩阵62
• 5.2.2 计算综合检验指标62-63
• 5.3 GEV分布拟合63-67
• 5.3.1 拟合优度图示法检验63-66
• 5.3.2 平稳性验证66-67
• 5.4 载荷处理软件化67-70
• 5.4.1 载荷模拟模块68
• 5.4.2 极值载荷度量模块68-69
• 5.4.3 载荷极值外推模块69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 第6章 结论与展望72-76
• 6.1 全文结论72-73
• 6.2 不足与展望73-76
• 参考文献76-82
• 攻读硕士期间学术成果82-84
• 致谢84

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