车辆发动机载荷谱概念解析

载荷谱是机械系统及其零部件可靠性设计、试验和寿命管理的基础。在设计阶段，需要准确的载荷谱数据，以作为边界条件进行结构优化设计和计算，确定被设计部件的强度和可靠性，解决机械结构的计算机辅助设计、可靠性分析及定寿等问题；在试验过程中，需要准确的载荷谱数据，以指导对试验时间和载荷的分配，尤其需要以载荷谱为基础形成的可靠性试验方法和试验规范；在使用过程中，需要准确的载荷谱，以指导寿命管理与健康评估。

载荷谱又是一种主观产物，是主观对客观的反映。一方面，任何原始形态的载荷－时间历程因种种原因而不可能直接用于结构寿命分析或疲劳试验，必须经过一定的统计处理，也就是要把客观的载荷－时间历程编制成可以使用的载荷谱；另一方面，从工程结构设计角度来看，在新产品未使用之前，还不存在这种客观的载荷－时间历程，必须根据产品相关标准、资料进行模拟计算（或采用类似产品的使用数据）及经验来编制设计使用载荷谱。

载荷谱中的一个交变载荷就是一个载荷循环，一个载荷循环的大小通常可用5个参数来描述：最大载荷、最小载荷、载荷幅值（或载荷变程）、载荷均值和载荷比。这里用图1－1所示的常幅应力谱来描述载荷谱。

图1－1　常幅应力谱(www.xing528.com)

最大应力载荷为σmax，最小应力载荷为σmin，定义应力幅值σa、应力均值σm、应力比R分别如下：

若应力比R＝－1，则称为对称循环疲劳载荷；若R＝0，则称为脉动循环疲劳载荷。

载荷谱中各级载荷出现的次数称为载荷出现频数。在一个载荷谱周期中，载荷出现的频数有两种表示方法——各级载荷谱大小的实有出现频数、累计出现频数。载荷顺序指载荷谱中各级载荷大小排列的先后次序，载荷顺序既包括一个载荷谱内各级载荷大小的排列顺序，也包括一个载荷谱内各种任务的排列顺序。

随着数字处理技术的飞速发展及普及，载荷谱研究的技术水平和统计精度得到大幅度的提高，并使得载荷谱技术得到了日益广泛的应用，如宇航中的“湍流谱”、舰船工程中的“海浪谱”、汽车工程中的“路面谱”、建筑工程中的“地震谱”及工程机械中的“作业谱”等。