工程车辆传动系极值载荷度量方法及应用

【摘要】工程车辆作业过程中极值载荷会引起较大的疲劳损伤，甚至引起最后的断裂。而且，极值载荷的准确度量对载荷谱的编制精度影响显著，进而影响寿命预测的可靠性。从有限的载荷样本中度量出整个寿命期内可能出现的极值载荷或者对极值载荷出现的概率做出合理估计是精确编制载荷谱的重要依据。目前在经济、气象等风险领域已经形成一些估测极值的理论方法，而工程车辆中的极值载荷预测值与实测值仍存在较大偏差。本文结合国家自然基金项目（项目号：51075179、51375202）将极值理论应用在极值载荷的度量研究中，并针对度量过程中模型的选取、阈值的确定等问题进行了探讨，主要研究内容与结论如下：本文首先引入经验超越量均值函数图法和Q-Q图法对载荷实测数据、载荷幅值和载荷均值进行厚尾诊断，根据其厚尾特征，提出分别采用区组极大值模型（BMM）和超阈模型（POT）进行极值载荷度量。对广义极值分布（GEV）和广义帕累托分布（GPD）的参数估计方法的优缺点作了总结，并采用蒙特卡罗模拟法研究了不同样本容量下和不同参数下的估计精度。其次，针对图示法选取POT模型阈值的不确定性对POT模型的阈值选取方法进行了改进，通过研究其模型检验方法，给出了基于熵法确定权重的综合评价法对阈值进行优化。采用蒙特卡罗随机模拟数据对所提出的阈值确定方法与图示法作了对比，验证了所提出方法的有效性。最后，研究了BMM模型和POT模型的应用问题。建立了实测载荷的尾部精确概率模型，求解极值载荷可用于静强度校核。建立了幅值的混合概率模型，描述了幅值的概率分布特性，为载荷谱分级及频次估计建立了标准。对比分析结果表明，POT模型对样本容量需求小，计算稳定性高、误差小，而BMM模型对样本容量要求较高，在数据量较少时，计算结果不稳定且误差较大。因此在小样本时极值载荷度量应当采取基于GPD的POT模型的计算结果，大样本时可以采用BMM模型，因为这种方法无需选择阈值，使用起来简单方便。有条件时可采用两种模型分别计算和分析，以获取最佳估计结果。
【作者】刘庆松；
【导师】王继新；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】极值理论；极值载荷；厚尾分布；阈值优化；综合评价法；

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