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第一部分 概述 3

第1章 引文 3

1.1车辆工程中的耐久性 4

1.2可靠性、差异性、鲁棒性 6

1.3卡车的载荷描述 7

1.4为什么载荷分析很重要 8

1.5本书的结构 10

第2章 耐久性载荷 13

2.1疲劳与载荷分析 13

2.1.1等幅载荷 13

2.1.2块载荷 14

2.1.3变幅载荷与雨流循环 14

2.1.4雨流矩阵、穿级和载荷谱 16

2.1.5其他类型的疲劳 19

2.2疲劳设计中的载荷问题 20

2.2.1疲劳寿命：累积损伤 21

2.2.2疲劳极限：最大载荷 21

2.2.3突发失效：最大载荷 21

2.2.4与安全相关的关重件 21

2.2.5航空设计中的相关概念 22

2.3系统响应中的载荷问题 22

2.4载荷差异性 24

2.4.1不同类型的差异 24

2.4.2不同环境的载荷 25

2.5小结 27

第二部分 载荷分析方法 31

第3章 载荷分析基础 31

3.1基于幅值的方法 33

3.1.1从外部载荷到局部载荷 34

3.1.2载荷信号的预处理 35

3.1.3雨流循环计数 38

3.1.4范围-对计数 47

3.1.5 Markov计数 49

3.1.6范围计数 51

3.1.7穿级计数 52

3.1.8区间穿级计数 53

3.1.9不规则因子 53

3.1.10峰值计数 53

3.1.11计数方法对比举例 54

3.1.12伪损伤和等效载荷 60

3.1.13旋转件的处理方法 64

3.1.14建议与工作流程 67

3.2基于频率的方法 69

3.2.1功率谱密度函数和周期图 70

3.2.2基于周期图的谱估计 71

3.2.3谱图与雨流图 76

3.2.4基于频率的系统分析 76

3.2.5极限响应谱与疲劳损伤谱 81

3.2.6小波分析 83

3.2.7基于幅值方法和基于频率方法的关系 83

3.2.8更多的举例和总结 84

3.3多输入载荷 88

3.3.1从外部载荷到局部载荷 89

3.3.2雨流投影（RP）法 90

3.3.3绘制伪损伤图及示例 93

3.3.4等效多输入载荷 96

3.3.5多输入载荷的相位绘制及相关性矩阵 97

3.3.6多输入水平计数时间 101

3.3.7双轴图 102

3.3.8 Wang-Brown多轴循环计数方法 102

3.4小结 103

第4章 载荷编辑与时域信号生成 104

4.1引文 104

4.1.1载荷基本特性 105

4.1.2等效准则 105

4.2数据检查与修正 107

4.2.1示例与数据检查 107

4.2.2发现与修正 109

4.3载荷的时域编辑 112

4.3.1基于幅值的时历信号编辑 112

4.3.2基于频率的时历信号编辑 122

4.3.3带频率约束的基于幅值的编辑 132

4.3.4时历信号编辑——小结 133

4.4雨流域载荷编辑 134

4.4.1缩放 135

4.4.2叠加 136

4.4.3长度或试验周期的外推 138

4.4.4极值外推 145

4.4.5一维计数结果的载荷编辑 148

4.4.6小结、提示与建议 149

4.5时历信号的生成 150

4.5.1基于幅值或循环的时历信号生成 150

4.5.2基于频率的时历信号生成 157

4.6小结 160

第5章 机械系统的响应 163

5.1机械系统概述 163

5.1.1多体模型 165

5.1.2有限元模型 166

5.2针对耐久性应用的多体仿真（MBS）：从系统载荷到零件载荷 167

5.2.1案例分析 167

5.2.2建模的一般概念 169

5.2.3多体仿真中的柔性体 172

5.2.4悬架模型仿真 174

5.3针对耐久性应用的有限元模型（FEM）：从零件载荷到局部应力应变历程 181

5.3.1线性静态载荷和准静态叠加 182

5.3.2线性动态问题和模态叠加 183

5.3.3从位移解到局部应力应变 185

5.3.4局部应力应变历程计算总结 186

5.4系统恒定载荷 187

5.4.1数字化路面和轮胎模型 188

5.4.2恒定替代载荷的回推 190

5.4.3示例 192

5.5小结 194

第6章 随机载荷模型 196

6.1引文 196

6.2随机过程基础 199

6.3估计载荷严重度的统计学方法 202

6.3.1外推法 202

6.3.2范围-对分布的拟合 203

6.3.3半参数法 206

6.4蒙特卡洛算法 208

6.5高斯载荷的期望损伤 210

6.5.1平稳高斯载荷 211

6.5.2均值恒定的非平稳高斯载荷 215

6.6非高斯载荷：上穿级强度的作用 216

6.6.1 Bendat窄带近似 216

6.6.2 Bendat法概述 217

6.6.3拉普拉斯过程 220

6.7损伤变异系数 222

6.7.1拆分被测信号 222

6.7.2短信号 224

6.7.3高斯载荷 224

6.7.4复合泊松过程：坑洼道路 225

6.8 Markov载荷 228

6.8.1 Markov链 233

6.8.2离散Markov载荷的定义 234

6.8.3拐点的Markov链 236

6.8.4 Markov链载荷的切换 237

6.8.5高斯载荷的期望损伤的近似 240

6.8.6 Markov载荷的区问上穿级强度 241

6.9小结 242

第7章 载荷变化及可靠性 244

7.1载荷变化性的建模 244

7.1.1载荷变化的来源：统计总体 245

7.1.2可控或不可控的变化 245

7.1.3模型误差 246

7.2可靠性评估 247

7.2.1统计模型的复杂性 247

7.2.2物理模型的复杂性 248

7.3全概率模型 249

7.3.1蒙特卡洛模拟 249

7.3.2全概率方法的准确性 253

7.4一阶矩方法 253

7.5二阶矩方法 254

7.6疲劳载荷-强度模型 255

7.6.1疲劳载荷和强度变量 255

7.6.2可靠性指标 257

7.6.3等效载荷和强度变量 257

7.6.4不确定度的确定 261

7.6.5损伤指数估计引起的不确定度 263

7.6.6强度不确定度的度量 265

7.6.7载荷不确定度的度量 267

7.6.8可靠性指标的使用 268

7.6.9额外安全系数的引入 271

7.6.10减少不确定度 272

7.7小结 273

第三部分 考虑车辆设计过程的载荷分析 277

第8章 用户载荷评估 277

8.1引文 277

8.2调查抽样 278

8.2.1为什么使用随机样本 279

8.2.2简单随机抽样 280

8.2.3分层随机抽样 280

8.2.4整群抽样 280

8.2.5不等概率抽样 281

8.2.6应用 282

8.2.7简单随机抽样的详情 283

8.2.8结论 284

8.3载荷测量的不确定度 285

8.3.1载荷严重度的精度 285

8.3.2载荷严重度的成对分析 290

8.3.3载荷严重度的联合分析 292

8.4用户的随机抽样 293

8.4.1用户调查 293

8.4.2市场的特征 293

8.4.3新市场的简化模型 296

8.4.4对比用户市场 297

8.5用户使用与载荷环境 298

8.5.1用户使用模型 299

8.5.2载荷环境的不确定度 301

8.6与车辆无关的载荷描述 303

8.7讨论与小结 307

第9章 设计载荷的提取 309

9.1引文 309

9.1.1载荷的标量化 309

9.1.2载荷的其他表达方式 310

9.1.3统计学方面问题 310

9.1.4本章的结构 311

9.2从用户任务剖面到设计目标 311

9.2.1用户载荷分布和设计载荷 312

9.2.2强度分布和强度需求 312

9.2.3定义可靠性目标 313

9.2.4载荷-强度模型的局部安全系数 315

9.2.5设计载荷的安全系数 316

9.2.6小结与注 318

9.3合成载荷的模型 320

9.4随机载荷描述 322

9.4.1外部环境载荷建模 322

9.4.2设计过程中的载荷描述 323

9.4.3试验过程中的载荷描述 323

9.5重构方法的应用 323

9.5.1雨流重构 323

9.5.2一维Markov重构 326

9.5.3谱重构 326

9.5.4多输入载荷 327

9.6标准化载荷谱 328

9.7试验场道路载荷 328

9.8试验场路径的优化组合 329

9.8.1基于每个通道损伤的优化 330

9.8.2案例分析 332

9.8.3拓展 337

9.8.4提示与应用 339

9.9讨论与小结 340

第10章 系统和零件验证 343

10.1引文 343

10.1.1验证的原理 343

10.1.2持续改进型试验与产品定型试验 344

10.1.3耐久性验证中的具体问题 345

10.1.4表征试验与验证试验 346

10.1.5不同水平的验证 347

10.1.6物理与数值评价 348

10.1.7小结 349

10.2试验载荷生成 349

10.2.1可靠性目标和验证载荷 349

10.2.2基于载荷规格生成时历信号 350

10.2.3试验加速 350

10.3试验规划和评价 351

10.3.1强度分布的选择和方差 352

10.3.2参数估计和截尾数据 354

10.3.3安全系数的验证 356

10.3.4分位数的统计试验 358

10.4讨论和小结 363

附录A 疲劳模型和寿命预测 366

A.1短、长或者无限寿命 366

A.1.1低周疲劳 366

A.1.2高周疲劳 366

A.1.3疲劳极限 367

A.2累积疲劳 367

A.2.1 Palmgren-Miner准则的争论 368

A.2.2 Palmgren-Miner准则什么时候有用 369

附录B 统计与概率 370

B.1拓展阅读 370

B.2一些常见的分布 370

B.2.1正态分布 370

B.2.2对数正态分布 371

B.2.3威布尔分布 371

B.2.4瑞利分布 371

B.2.5指数分布 371

B.2.6广义帕累托分布 371

B.3极值分布 371

附录C 傅里叶分析 373

C.1傅里叶变换 373

C.2傅里叶级数 374

C.3采样和Nyquist-Shannon定理 375

C.4 DFT/FFT（离散傅里叶变换） 376

附录D 有限元分析 377

D.1柔性体运动学 377

D.2平衡方程组 378

D.3线弹性材料特性 379

D.4一些基本的离散化方法 379

D.5动力学方程 381

附录E 多体系统仿真 382

E.1线性模型 382

E.2多体系统的数学描述 383

E.2.1运动方程 384

E.2.2计算问题 385

附录F 载荷分析软件 387

F.1一些专用的软件包 387

F.2一些用于疲劳分析的软件包 388

F.3 WAFO—Matlab工具箱 389

参考文献 390