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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