ГОСТ 25.101-83

Групиа 159

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Расчеты и испытания на прочность

МЕТОДЫ СХЕМАТИЗАЦИИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ.
НАГРУЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН И КОНСТРУКЦИЙ
И СТАТИСТИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ oh teres
Strength calculation and testing. Representation
of random loading of machine elements and
structures and statistical evaluation of results

MKC 03.120.30
19.060
OKCTY 0025

Постановлением Государственного комитета CCCP по стандартам от 12 moan 1983 г. № 3066 дята ввеления
установлена
01.07.84

Ограничение срока действия снято по протоколу № 3—93 Межгосуларственного совета по стандартизации,
метрологии и сертификации (ИУС 5-6—93)

Настоящий стандарт устанавливает методы схематизации случайных процессов нагружения,
возникающих в условиях эксплуатации или испытаний элементов машин и конструкций, и статис-
тического представления результатов схематизации.

Результаты схематизации используют для:

расчетной оценки усталостной долговечности элементов по критериям накопления усталост-
ных повреждений на стадиях до появления макроскопической усталостной трещины и ее развития;

сравнительной оценки процессов нагружения однотипных элементов с целью выявления
наиболее нагруженных элементов;

количественной оценки эксплуатационных режимов машин и конструкций по их повреждаю-
щему воздействию:

моделирования реального нагружения элементов при испытаниях на усталость и расчетном
определении характеристик их сопротивления усталости.

Настоящий стандарт не распространяется на методы вычисления корреляционных, автокор-
реляционных функций и спектральных плотностей процессов реального нагружения, а также методы
выбора теоретического закона распределения и проверки согласия с эмпирическим распределением.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Объектом исследования является реализация случайного процесса нагружения элементов
машин или конструкции (изменение во времени нормальных и касательных ‘напряжений, сил,
моментов, линейных и угловых деформаций и др.) x(), далее — процесса нагружения.

1.2. Схематизация процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистическое
представление результатов схематизации включает следующие этапы:

предварительная подготовка процесса нагружения к схематизации;

дискретизация процесса нагружения (ГОСТ 23207—78);

вычисление статистических характеристик дискретной последовательности ординат процесса
нагружения;

выделение экстремумов процесса по дискретной последовательности его ординат;

замена реального процесса нагружения схематизированным по выбранному методу схематиза-
ции;

Издание официальное Перепечатка воспрещена
"Переиздание.
5

С. 2 ГОСТ 25.101—83

получение эмпирических распределений нагрузок схематизированного процесса и вычисление
основных статистических характеристик распределений.

Примечание. В зависимости от применяемых алгоритмов и технических средств допускается изме-
нение последовательности и исключение этапов.

1.3. Схематизацию процессов нагружения проводят применительно к блоку нагружения
(ГОСТ 23207-78). который соответствует совокупности последовательных значений переменных
нагрузок, возникающих в элементе конструкции за какой-либо характерный период эксплуатации
(один полет самолета, /; километров пробега автомобиля по дороге определенного профиля. {; часов
‘работы ит. д.).

1.4. Длительность записи или длина реализации процесса нагружения, соответствующая блоку
нагружения, должна содержать не менее 1000 экстремумов и, процесса.

Примечание. Допускается проводить схематизацию для коротких процессов с числом эксгремумов.
менее 1000. В этом случае рекомендуется оценивать погрешность, вносимую использованием недостаточно
представительных по числу экстремумов реализаций.

1.5. При схематизации не учитывают колебания, амплитуда которых меньше половины шири-
ны класса.

1.6. Термины и определения, применяемые в стаидарте, соответствуют ГОСТ 23207—7$,
ГОСТ 21878 —76. Условные обозначения приведены в приложении 1.

1.7. Теоретические основы стандарта приведены в приложении 5.

2. ПОДГОТОВКА, ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И ОЦЕНКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОЦЕССА НАГРУЖЕНИЯ

2.1. Подготовка процесса нагружения к схематизации
2.1.1 Разбиение процесса нагружения на классы
Диапазон изменения нагрузок процесса

max = Лак Хо a)
‘разбивается равноотстоящими уровнями нагрузок на классы шириной
да ба (2)
т
Величина А отражает масштаб при схематизации и показывает, какая нагрузка соответствует
одному классу. Количество классов At должно удовлетворять неравенству
145 ms 32.

Нумерация классов / производится снизу вверх в направлении возрастания нагрузок процесса,
начиная с первого класса в области Л„„. Пример разбиения на классы показан на черт. 1.

Imax

x(t) ———
Классы

ГОСТ 25.101—83 С. 3

Класс, в который попадает значение средней нагрузки х, называется классом средней нагрузки
и обозначается Г. Класс, в котором располагается значение нагрузки, равное нулю, обозначается
iy.

Если величина ‘нагрузки попадает на границу класса, то ее следует относить к классу с большим
номером.

2.1.2. Определение максимальной частоты процесса Ё„„„

Для определения Fi... разбивают процесс на 20—50 равных фрагментов длительностью (у,
измеряемой в секундах. В каждом фрагменте подсчитывают количество экстремумов. Соседние
экстремумы, образующие размах меньше ширины класса, не подсчитывают. Значение Ё„„, опреде-
ляют по формуле

=” (3)

и
max Jy

где и, — максимальное для рассмотренных фрагментов число экстремумов.

2.1.3. Определение минимальной длины процесса нагружения

Минимальную длину процесса нагружения, необходимую для схематизации, выбирают с
учетом п. 1.4, что обеспечивает достаточную статистическую представительность результатов.

Примечание. Допускается выбирать из общей длины процесса нагружения несколько отдельно
взятых участков, соответствующих каждому режиму нагружения, вхолящему в блок нагружения, при условии

выполнения п. 1.4 для каждого участка (например, запись процесса нагружения элементов самолета за один
полет может быть представлена участками руления, взлета. горизонтального полета и посадки).

2.2. Дискретизация процесса нагружения

Проведению схематизации предшествует дискретное представление процесса нагружения в
виде последовательности ординат процесса для ввода цифровой информации в ЭВМ и вычисления
статистических характеристик.

Дискретизация может осуществляться методом случайных ординат или методом пересечений.

2.2.1. Дискретизация по методу случайных ординат

На черт. 2 показана дискретизация по методу случайных ординат. Значения процесса нагру-
жения х() определяют через равные промежутки времени Аг, в результате получают случайную
последовательность ординат процесса нагружения.

Дискретизация по метолу случайных ординат
x(t)

te i ‘ 2
4% t
Черт. 2
Интервал дискретизации А г определяют по формуле

Дискретизация по методу пересечений

При дискретизации по методу пересечений ординаты процесса нагружения определяют в
момент пересечения верхней границы класса восходящей или нисходящей ветвями процесса. На
черт. 3 иллюстрируется дискретизация по восхолящим ветвям процесса.

Примечание. Допускается использовать метод пересечений для схематизации процесса нагружения
(приложение 2).

С. 4 ГОСТ 25.101—83

Дискретизация по методу пересечений

x(t) ——

< мам о
5
<

t ——>

Черт. 3

2.3. Оценка статистических характеристик процесса нагружения

Для выбора метода схематизации, ее проведения и общей характеристики процесса нагружения
вычисляют ряд статистических характеристик по последовательности ординат процесса: средне-
арифметическое значение процесса нагружения (средняя нагрузка) х, вычисляют как выборочное
среднее;

дисперсию процесса нагружения S?, вычисляют как выборочную лисперсию;

‘среднеквадратическое отклонение процесса нагружения 5. вычисляют как выборочное сред-
неквадратическое отклонение;

коэффициент нерегулярности процесса нагружения к вычисляют согласно ГОСТ 23207—78 по
формуле

Ke, (5)

где Mp — число пересечений процессом уровня средней нагрузки;
ay — число экстремумов того же процесса.

3. МЕТОДЫ СХЕМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ НАГРУЖЕНИЯ

Методы схематизации устанавливают правила выделения цикла или полуцикла регулярного
нагружения из исследуемого процесса нагружения.

Полуцикл нагружения составляет часть цикла регулярного нагружения (ГОСТ 23207—78),
которая соответствует половине периола изменения нагрузки.

'Схематизированная реализация случайного процесса нагружения (ГОСТ 23207—78), далее —
схематизированный процесс, представляет собой совокупность выделенных по одному из методов
схематизации циклов или полуциклов нагружения.

Последовательность нагрузок ху в схематизированном процессе может быть представлена:

при однопараметрической схематизации — последовательностью амплитуд х, или размахов
й

выделенных циклов а;