Page 117 - 《振动工程学报》2026年第3期
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第 3 期                    苏萌晗，等： 不同材质包装容器在非高斯激励下的损伤分析                                       717

              2012、ASTM D4728—06 等 ，发 现 车 辆 振 动 等 级 大           时，通过试验及有限元的方法，分别对包装容器、包
              小与多方面因素有关，如车速、路况、悬架系统及驾                           装产品单元及关键元件的振动响应及疲劳寿命进行
              驶习惯等    ［7⁃9］ ，这些因素也间接影响了车载货物的振                   了一系列研究。谢嘉琳等            ［19］ 通过“移动窗宽法”将非
              动响应情况。事实上，由于上述影响因素的存在，道                           高斯信号经过处理后，使用有限元软件，分别计算不
              路信号中不可避免地夹杂着冲击信号                 ［5，10］ ，这些冲击     同占比的冲击信号段所造成的损伤占总信号造成损
              使得道路信号有着明显的非高斯特征，目前广泛使                            伤的比例，发现原始信号中 20% 的冲击部分可以造
              用的方法是将非高斯道路信号视为近似高斯信号进                            成 80% 以上的损伤。
              行处理。早在 1998 年，YOUNG 等           ［11］ 就提出“二分            运输过程中，产品受到的振动冲击是经由包装
              法”，将实测信号按照幅值大小以三七比例进行分                            容器传递的，但有关冲击信号给包装容器所造成损
              离，后将其串联进行信号模拟；随后又有学者以二八                           伤的量化研究较少。本文将课题组前期实测的道路

              比 例 进 行 处 理   ［12］ ，但 此 类 方 法 精 度 不 够 ，尽 管        信号进行冲击信号提取，将其划分为一段包含大冲
              KIPP ［13］ 又提出“三分法”将模拟信号的精度提高，但                    击段的非高斯信号和剩余高斯信号，使用两种常用
              结果仍存在一定误差。在不改变加速度功率谱密度                            包装容器进行有限元建模，将原始信号和重组的冲
             （power spectral density， PSD）的情况下，VAN        ［14］ 通  击加高斯信号作为激励，研究冲击信号段对不同包
              过改变信号中部分加速度的大小，控制模拟出的信                            装材料所造成损伤的占比。
              号的峭度，进而生成非高斯信号。PHAM 等                  ［15］ 通过
              短时傅里叶变换中的频率相关非线性来模拟非高斯                            1 信号处理
              信号。除此以外，国内外很多学者也使用多种方法
              尝试在实验室复现非高斯信号，如：高斯信号叠加                                 课题组在珠三角地区使用五种车型，分别采集
              法、经验模态分解法、机器学习法等                ［16⁃18］ 。但这些方     其在城市道路和高速公路上，不同载重条件下的多
                                                        ［3］
              法并没有考虑到原始信号中的冲击成分。周浩 提                            条运输信号。以车型、车辆载重及路面类型为变量，
              出的“冲击提取法”模拟出来的信号有着与原始信号                           选取其中的 8 条信号进行分析及处理。具体车辆信
              更为接近的统计参数，但在对提取的信号进行串联                            息及行驶路线见文献［2］。
              时，将冲击信号段视为高斯信号处理，并未保留真实                                课 题组以往使用的“移动窗宽法”保留了原始
              冲击部分；随后，谢嘉琳等           ［19］ 在此方法的基础上，使            信号中的冲击信号成分，但由于使用 0.5 s 固定窗宽

              用“移动窗宽法”，保留信号中的冲击部分，按 0.5 s                       对原始信号进行截取，有概率提取不到完整冲击段，
              窗宽计算加速度均方根，然后按照其大小将固定长
                                                                将冲击信号截断。本文优化冲击的提取方法，不再
              度信号段重新进行排序，串联后得到重组信号。                             使用 0.5 s 的固定窗宽，而是定位到冲击后，截取冲
                  包装的疲劳寿命分析首先是基于高斯疲劳损伤
                                                                击最大值前后 0.25 s附近穿越零点的数据点作为冲击
              发展的，根据对振动信号的处理方式可分为时域法
                                                                的断点，提取信号段，如图 1 所示。以 0%⁃highway⁃
              和 频 域 法 。 时 域 法  ［20⁃21］ 通 常 与 雨 流 计 数 法 一 起 使
                                                                heavy truck 信号段为例，图 2（a）为原始信号，将整段
              用，结果精确但计算量大；频域法              ［22⁃24］ 则是基于概率
                                                                原始信号进行冲击提取后，按照加速度均方根从大
              密度函数发展出了峰值分布法和幅值分布法，计算
              量小且简便。随着对运输信号非高斯特性的认识的
              逐渐加深，对非高斯疲劳损伤的研究也日趋增多，王
              立军等   ［25］ 在其研究中讨论了非高斯疲劳损伤的分析
              方法。蒋瑜等      ［26］ 通过研究多种信号特征参数对结构
              疲劳损伤的影响后，发现在同等级峭度和功率谱条
              件下，超高斯随机振动激励带宽越小，结构振动疲劳寿
                            ［27］
              命越短。朱大鹏 结合多项式混沌扩展和 Karhunen⁃
              Loeve 扩展，提出了基于非高斯随机振动激励的模
              拟方法，应用拟蒙特卡罗法进行包装件的时变可靠
              性分析。MANIAR 等       ［28］ 校准了累积疲劳的指数，通
                                                                          图 1  信号剔除冲击段前后示意图
              过有限元模拟了电子元件焊点在任意振动载荷组合                                Fig. 1  Schematic diagrams before and after the shock
              下的可靠性。文献［29⁃33］在研究非高斯信号的同                                   sections have been deleted
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