[发明专利]一种基于时域外推技术的动态载荷谱编制方法

说明书

发明涉及一种基于时域外推技术的动态载荷谱编制方法，包括以下步骤：步骤1、利用经验模态分解的载荷时域分解方法对实测载荷时域信号进行处理，获取主成分载荷和趋势载荷；步骤2、基于阈值筛选方法计算上下限最优阈值，得到与超过阈值的极值样本分布相一致的拟合分布函数；步骤3、在步骤2的基础上对超过阈值的极值样本进行外推及重构，获得完整的外推负载；步骤4、基于改进的时域外推方法编制动态载荷谱。本发明能够为机械工程领域的仿真分析及可靠性试验提供更为准确的负载输入，进一步提高了载荷谱编制的精度。

技术领域

本发明涉及一种应用于载荷谱编制过程的方法，更具体地说，本发明涉及一种基于时域外推技术的动态载荷谱编制方法。

背景技术

在产品研发初期，想要通过全工况条件下的实车试验获取机器在生命周期内的载荷信息极其困难，需要耗费巨大的人力、物力和时间成本。因此，研发人员更倾向于通过短时测试获取机器在各个工况下的基础载荷数据推断出较为完整的负载信息，即载荷外推技术。作为载荷谱编制过程中的重要环节，载荷外推能够基于有限的测试，为载荷谱编制提供连续、准确的负载信息，有效减少零部件的测试时间及成本，加快产品研发进度。

现有技术当中，目前，载荷谱外推方法主要包括雨流矩阵外推方法和时域外推方法，时域外推方法作为一种新兴的方法，不仅能够避免因雨流域转换产生的误差，还能够保留载荷的时序信息，因此在工程领域得到了广泛应用。传统时域外推方法的主要思路是利用超阈值模型(Peak Over Threshold，简称POT模型)提取实测载荷信号中的极值样本，利用广义帕累托分布(Generalized Pareto Distribution，简称GPD)对极值样本进行拟合，通过生成满足同分布要求的新极值替换原始极值样本从而实现载荷外推。

机器在生命周期内往往会经历多种工况，即使在同一工况下，由于机器状态、环境等因素的改变，负载也会呈现出非平稳特征。传统时域外推方法仅适用于载荷特征平稳的情况，在处理非平稳载荷信号时需要人工对载荷片段进行划分、归类后再分别进行外推，效率显著降低；此外，传统时域外推方法还存在阈值选取主观因素较强、极值载荷重构精度较低的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于时域外推技术的动态载荷谱编制方法，以解决现有技术不适用于非平稳载荷、阈值选取主观因素较强和极值载荷重构精度较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于时域外推技术的动态载荷谱编制方法，包括以下步骤：

步骤1、利用经验模态分解的载荷时域分解方法对实测载荷时域信号进行处理，获取主成分载荷和趋势载荷；

步骤1.1、利用经验模态分解方法通过公式1对实测载荷时域信号进行分解，得到n≥3个本征模态函数分量和一个残余函数：

式中，X(t)为实测载荷时域信号，c_j(t)为第j个本征模态函数(IMF)分量，r_n(t)为残余函数，本征模态函数与残余函数的单位均与实测载荷时域信号的单位一致；

步骤1.2、对各个本征模态函数(IMF)分量进行标准差分析；

式中，σ为标准差计算结果，x_i为第i个本征模态函数分量，i＝1、2、3….n；m为各个本征模态函数分量的样本点个数，为各个本征模态函数分量的平均值；

步骤1.3、通过公式3将标准差最小的本征模态函数分量以及在其之前的所有本征模态函数分量叠加作为主成分载荷X_main(t)；通过公式4将剩余的本征模态函数分量与残余函数叠加作为趋势载荷X_trend(t)；