Страница 3: ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов (41835)

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Справочное

ПРИМЕР СХЕМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА НАГРУЖЕНИЯ

Для процесса, изображенного на черт. 1, коэффициент нерегулярности =0,6. Для процессов, имеющих такой коэффициент нерегулярности, допускается применять любой из изложенных методов схематизации (см. табл. 3 настоящего стандарта).

В таблице приведены распределения, полученные при однопараметрической схематизации процесса разными методами. На черт. 2 приведена графическая интерпретация распределений. Следует отметить, что для данного процесса имеет место небольшое расхождение результатов схематизации по разным методам.

Распределения амплитуд, полученных по разным методам схематизации

Примечание. Распределения h(xs) и H(xs) приведены для полуциклов.

1—метод размахов; 2— метод «дождя»; 3— метод экстремумов; 4—метод пересечений

Черт. 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Справочное

ПРИМЕРЫ СТАТИСТИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ СХЕМАТИЗАЦИИ

1. Распределение частот повторений

h(xs)

Функция h(xs) представлена в табл. 1.

Таблица 1

В первой строке таблицы указывают номера интервалов k; во второй — границы интервалов: xBsk — верхняя граница, xHsk — нижняя граница k-го интервала; в третьей строке — середины интервалов — xsk ; в четвертой — частоты попадания случайной величины в k-ый интервал — hsk · Если случайная величина попадает на границу интервала, суммирование осуществляют в интервале с большим номером.

Табл. 1 заполнена для амплитуд полуцикла процесса нагружения, изображенного на черт. 10 настоящего стандарта при схематизации по методу «дождя». Величины интервалов и классов совпадают.

2. Распределение накопленных частот повторений

H(xs)

Вычисление функции H(xs) по данным табл. 1 представлено в табл. 2.

Накопленные частоты вычисляют по формуле

(1)

Общее число циклов в блоке νб вычисляется по формуле

(2)

и составляет 24 цикла (по данным табл. 2).

Таблица 2

Функция накопленных частот

3. Эмпирическая функция распределения Fэ(xs)

Функция Fэ(xs) по тем же цифровым данным представлена в табл. 3. Значение функции Fэ(xs) определяет относительную частоту события xs <Xs. Для вычисления Fэk используют формулу

· (3)

Таблица 3

Вычисление эмпирической функции распределения Fэ(xs)

По эмпирической функции распределения с использованием методов математической статистики (ГОСТ 11.006—74), при необходимости, производят подбор теоретического закона распределения.

4. Сглаженная эмпирическая функция распределения Fэ(xs), эмпирическая функция плотности распределения f(xs)

Построение Fэ(xs) показано на чертеже. На нормальную вероятностную бумагу наносят точки (xsk , Fэk) из табл. 3, которые затем соединяют плавной кривой линией, изображающей функцию F(xs). Значения F(xs) приведены в табл. 4. В табл. 4 приведены значения функции плотности распределения f(xs), которую строят как ступенчатую аппроксимацию функции F(xs).

f1 = F1 (4)

fk = (Fk - Fk-1).

Таблица 4

Сглаженная функция распределения F(xs) и функция плотности f(xs)

Функция распределения F(xs),

представленная на нормальной

вероятностной бумаге

+ — функция Fэ(xs), ○ — Функция F(xs)

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Справочное

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТАНДАРТА

Настоящий стандарт разработан на основе стандартов ГДР (12) и СССР (1, 2), а также с учетом новых разработок и опыта промышленности двух стран (3—11, 13—15). Стандарт является унифицированным стандартом ГДР и СССР.

Рекомендация длительности реализации, как содержащей не менее 1000 экстремумов, основана на опыте ряда отраслей промышленности в СССР и согласуется с соответствующей рекомендацией ГДР, как обеспечивающей надлежащую точность оценок параметров функций распределения амплитуд напряжений.

Из многочисленных известных методов схематизации случайных процессов в стандарте основное внимание уделено группе методов, основанных на выделении полных циклов, а именно, методу полных циклов и методу «дождя». Эти методы дают практически одинаковые результаты и но мнению большинства специалистов являются наиболее обоснованными.

Если метод экстремумов приводит к схематизированному процессу более повреждающему, чем реальный, метод размахов — к менее повреждающему, то методы полных циклов и «дождя» занимают промежуточное положение и дают расчетные оценки долговечности, более соответствующие экспериментальным данным.

Сущность методов заключается в том, что меньшие циклы рассматривают как наложенные на плавный ход нагрузки в одном направлении. На чертеже иллюстрируется явление наложения циклов.

Для наглядности зависимость «напряжение — деформация» показана непропорциональной. Данный фрагмент образует две замкнутые петли гистерезиса или два цикла. Цикл 2—3—2 наложен на цикл с большей амплитудой 1—4—5. В свою очередь цикл 2—4—5 может быть наложен на еще больший цикл.

Особенность методов такова, что как бы далеко не располагались в реализации Хmах и Xmin, наибольший размах атах будет выделен.

а — фрагмент процесса нагружения; б — диаграмма «напряжение—деформация»

При приведении асимметричных циклов к симметричным используется коэффициент влияния асимметрии цикла ψσ . В стандарте ГДР рекомендовалось для всех случаев принимать ψσ = 0,33. Однако, как показывают опытные данные для сварных и болтовых соединений, для других деталей с резкой концентрацией напряжений это значение является завышенным. Поэтому в настоящем стандарте рекомендовано принимать ψσ по рекомендации ГОСТ 25.504—82 для стальных деталей и по соответствующим справочникам для других материалов.

Выбор метода схематизации производят по величине коэффициента нерегулярности κ, равного отношению числа нулей процесса к числу экстремумов. Для процессов простой структуры, для которых κ«1, все методы схематизации приводят практически к одинаковым результатам, поэтому для использования может быть рекомендован любой из них.

Для процессов сложной структуры, для которых , рекомендуются методы полных циклов или «дождя», как обеспечивающие наиболее достоверную оценку уровня нагруженности.

Литература

1. ГОСТ 23207—78 «Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения».

2. ГОСТ 23604—79 «Надежность в технике. Статистическая оценка нагруженности машин и механизмов. Методы обработки данных о нагруженности. Общие положения».

3. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М., Машиностроение, 1977, 232 с.

4. Дмитρиченко С. С., Πолев В. А., Боровик А. П. Автоматизация расчета на ЭВМ долговечности элементов машин при случайном нагружении. «Вестник машиностроения», № 1, 1982, стр. 7—711.

5. Трофимов О. Ф., 3 л о б и н Б. Н. Статистический анализ измерений случайной нагруженности для оценки накопления усталостных повреждений. «Вестник машиностроения», № 10, 1969, стр. 3—5.

6. К. Н. Вöhme. Beanspruchungskollektive und ihre Erwartenswahrschein-lichkeit als Grundlage zur Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit von Bauteilen. «JFL— Mitteilungen», H. 1/2, 1976.

7. F. Ρfeiffer. Untersuchungen zum EinfluB regelloser Beanspruchungs-iolgcn auf die Bauteilermudung «JFL— Mitteilungen ». H. 1/2. 1976.

8. J. Dathe, D. Meisel und W. Weygandt. Die Schadigungsgrenze, bei Kollektivbeanspruchung und ihre Berucksichtigung beim experimentellen Betriebsfestigkeitsnachweis. «JFL—Mitteilungen», H. 1/2, 1976.

9. F. Ρfeiffer und K. Frintert. Zangzeitklassiergerat zur Ermittlung von reprasentativen Belastungskollektiven. «JFL—Mitteilungen», H. 1/2, 1976.

10. DDR—Standard TGL 36766. Schwingfestigkeit Ermudungsprufung von Werkstoffproben.

11. Ha'η el, G. Wirthgen. Die Berechnung der Dauerfestigkeit nach dem verfahren von Kogaev und Serensen. «JFL—Mitteilungen», H. 3, 1981.

12. DDR—Standard TGL 33787. Schwingfestigkeit Regellose Zeitfunktion Statidtische Auswertung.

13. Frank Lange und Fritz Pfeiffer. Statistisches Verfahren zur Auswertung von Betriebsbeanspruchungen auf der Basis der Bewertung geschlossener Hystereseschleifen («Rain—Flow») «IFL—MITT» (21), 1982, NL