(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111300033.4 (22)申请日 2021.11.04 (71)申请人 上海合科 科技有限公司 地址 200083 上海市虹口区东江湾路4 44号 南区533室 (72)发明人 王有智　孙秀兵　程拼拼　傅晶焱　 (74)专利代理 机构 上海浦一知识产权代理有限 公司 3121 1 代理人 焦天雷 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 基于SN曲线的程序载荷谱编制方法、 系统和 存储介质 (57)摘要 本发明公开了一种基于SN曲线的程序载荷 谱编制方法， 包括： 获得构 件的应力 ‑载荷函数关 系， 转化为等效应力谱再转化为第一指定形式雨 流矩阵； 外推计算得到最大应力幅值和第二指定 形式的外推雨流矩阵； 将外推后应力幅值和应力 均值的二维应力谱等效为均值为0的一维应力 谱； 反推计算出每一级应力幅值； 将所述一维应 力谱进行分级， 完成随机应力谱载荷的分级； 将 每一级的应力幅值换算为载荷幅值， 得到一维的 程序载荷谱； 指定程序块循环次数， 确定载荷块 中每一级载荷的次数， 对 载荷程序块进行指定排 列， 完成程序载荷的编制。 本发明还公开了一种 基于SN曲线的程序载荷谱编制系统和一种用于 执行基于SN曲线的程序载荷谱编制方法中步骤 的计算机可读存 储介质。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 114330042 A 2022.04.12 CN 114330042 A 1.一种基于SN曲线的程序载荷谱编制方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 建立构件的有限元计算模型， 进行构件受力点的受力仿真获得构件最大受力位置 的应力‑载荷数据， 将应力 ‑载荷数据进行拟合得到应力 ‑载荷函数关系； S2， 利用应力 ‑载荷函数关系将构件试验场测得的随机载荷谱转 化为等效应力谱； S3， 将等效应力谱转 化为第一指定形式雨 流矩阵； S4， 将第一指定形式雨流矩阵外推计算得到最大应力幅值,并以第二指定形式的雨流 矩阵表示外推得到的雨 流矩阵； S5， 根据构件材料极限强度SUTS,将外推后的应力幅值和应力均 值的二维应力 谱等效为 均值为0的一维应力谱， 该一维应力谱的最大应力幅值为σmax， 该一维应力谱的最小应力幅 值为σmin； S6， 取第一级的应力幅值σ1＝σmax,根据材料的SN曲线， 对应的疲劳寿命为N1， 指定疲劳 寿命误差控制因子p％， 确定构件材料每一级应力幅值σi对应的疲劳寿命为Ni， 再根据公式 (1)结合材 料SN曲线反推出每一级应力幅值σi； Ni＝Ni‑1*(1+p％)＝ N1*(1+p％)(i‑1)        公式(1)； S7， 将所述一维应力谱进行分级， 应力幅值数值在相邻两级σi、 σi+1数值之间， 将其出现 的频次归为第i +1级或第i级， 应力幅值为σi+1或σi,统计每级应力幅值σi出现的频次ni， 完成 随机应力谱载荷的分级； S8， 根据构件的应力 ‑载荷函数关系， 将每一级 的应力幅值换算为载荷幅值， 得到一维 的程序载荷谱； S9， 指定程序块循环次数， 确定载荷块中每一级载荷的次数， 对载荷程序块进行指定排 列， 完成程序载荷的编制。 2.如权利要求1所述基于SN曲线的程序 载荷谱编制方法， 其特征在于： 所述SN曲线是采 用幂函数、 指数函数或三 参数幂函数的表达式， 或试验测得的离 散点。 3.如权利要求1所述基于SN曲线 的程序载荷谱编制方法， 其特征在于： 步骤S3中， 通过 雨流计数将等效应力谱转 化为谱“From‑To”形式的雨 流矩阵， 总频次为 N0。 4.如权利要求3所述基于SN曲线 的程序载荷谱编制方法， 其特征在于： 步骤S4中， 采用 非参数雨流外推算法将 “From‑To”形式雨流矩阵外推计算得到外推的最大应力幅值， 并以 第二指定形式的雨 流矩阵表示外推得到的雨 流矩阵。 5.如权利要求4所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法， 其特征在于： 外推到总频次为 M,M≥106次， 外推倍数k ＝M/N0， 将外推雨 流矩阵以“Range‑Mean”形式的雨 流矩阵表示。 6.如权利要求1所述基于SN曲线的程序 载荷谱编制方法， 其特征在于， 步骤S5中采用公 式(2)进行等效处 理： Sa为应力幅值， Sa0为等效0均值应力， Sm为应力均值， SUTS为材料极限强度； 最大应力幅值 为σmax， 最小应力幅值 为σmin。 7.如权利要求1所述基于SN曲线的程序 载荷谱编制方法， 其特征在于： 步骤S7中分级下 限为σmin与0.5倍构件疲劳 极限中的较大值； 当σmin＜0.5σe分级至0.5σe， 当σmin≥0.5σe， 分级至σmin， σe为构件材 料疲劳极限；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114330042 A 2根据构件材料的SN曲线、 第i级的应力幅值σi及频次ni， 求出第i级对应的总损伤Di， 并 剔除Di可忽略不计的载荷级， 压缩载荷谱再完成随机应力谱载荷的分级。 8.如权利要求1所述基于SN曲线 的程序载荷谱编制方法， 其特征在于， 步骤S9包括： 编 制的载荷谱块循环次数为ω， ω≥10每个程序块中第i级载荷的次数θi， 则 采用低‑ 高‑低的排列方式对载荷程序块进行排列， 完成程序载荷的编制。 9.一种用于执行权利要求1 ‑8任意一项所述基于SN曲线的程序载荷谱编制方法中步骤 的计算机可读存 储介质。 10.一种基于SN曲线的程序载荷谱编制系统， 其特 征在于， 包括： 仿真拟合模块， 其用于建立构件的有限元计算模型， 进行构件受力点的受力仿真获得 构件最大受力位置的应力 ‑载荷数据， 将应力 ‑载荷数据进行拟合得到应力 ‑载荷函数关系； 转换模块， 其利用应力 ‑载荷函数关系将构件试验场测得的随机载荷谱转化为等效应 力谱， 将等效应力谱转 化为第一指定形式雨 流矩阵； 外推计算模块， 其用于将第一指定形式雨流矩阵外推计算得到最大应力幅值， 并以第 二指定形式的雨 流矩阵表示外推得到的雨 流矩阵； 等效模块， 其根据构件材料极限强度SUTS,将外推后的应力幅值和应力均值的二维应力 谱等效为均值为0的一维应力谱， 该一维应力谱的最大应力幅值为σmax， 该一维应力谱的最 小应力幅值 为σmin； 应力幅值计算模块， 取第一级的应力幅值σ1＝σmax,根据材料的SN曲线， 对应的疲 劳寿命 为N1， 其根据指定疲劳寿命误差控制因子p％， 确定构件材料每一级应力幅值σi对应的疲劳 寿命为Ni， 再根据公式(1)结合材 料SN曲线反推出每一级应力幅值σi； Ni＝Ni‑1*(1+p％)＝ N1*(1+p％)(i‑1)         公式(1)； 分级模块， 将所述一维应力谱进行分级， 应力幅值数值在相邻两级σi、 σi+1数值之间， 将 其出现的频次归为第i+1级或第i级， 应力幅值为σi+1或σi,统计每级应力幅值σi出现的频次 ni， 完成随机应力谱载荷的分级； 程序载荷编制模块， 其根据构件的应力 ‑载荷函数关系， 将每一级的应力幅值换算为载 荷幅值， 得到一维的程序载荷谱； 指定程序块循环 次数， 确定载荷块中每一级载荷的次数， 对载荷程序块进行指定排列。 11.如权利要求10所述基于SN曲线的程序 载荷谱编制系统， 其特征在于： 所述SN曲线是 采用幂函数、 指数函数或三 参数幂函数的表达式， 或试验测得的离 散点。 12.如权利要求10所述基于SN曲线的程序载荷谱编制系统， 其特 征在于： 转换模块通过雨流计数将等效应力谱转化为谱 “From‑To”形式的雨流矩阵， 总频次为 N0。 13.如权利要求10所述基于SN曲线的程序载荷谱编制系统， 其特 征在于： 外推计算模块采用非参数雨流外推算法将 “From‑To”形式雨流矩阵外推计算得到外推 的最大应力幅值， 并以第二指定形式的雨 流矩阵表示外推得到的雨 流矩阵。 14.如权利要求13所述基于SN曲线的程序载荷谱编制系统， 其特 征在于： 外推到总频次为M,M≥106次， 外推倍数k＝M/N0， 将外推雨流矩阵以 “Range‑Mean”形式 的雨流矩阵表示。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114330042 A 3