Характер изменения напряжений в деталях машин в процессе эксплуатации можно разделить на регулярный и нерегулярный. Регулярным нагружением, согласно ГОСТ 23207-78, называют нагружение, характеризующееся периодическим законом изменения напряжений во времени с одним максимумом и одним минимумом в течение одного периода при постоянстве параметров цикла напряжений в течение всего времени эксплуатации.

    Регулярное нагружение может быть симметричным, пульсационным или асимметричным. Амплитуда напряжений при регулярном нагружении может быть случайной величиной на множестве всех деталей, но не изменяющейся во времени. Регулярное нагружение деталей в машинах встречается крайне редко.

    Все другие типы нагружении (кроме регулярного) называют нерегулярными. К ним относятся бигармоническое нагружение, блочное и случайное нагружения .

    Блочное нагружение характеризуется многократным повторением одинаковых блоков, каждый из которых состоит из ряда ступеней нагружения i=1,2,..., r. Ступень нагружения характеризуется амплитудой и числом ее повторения в одном блоке v_iб.

    Наибольшее распространение на практике имеет случайное нагружение, при котором процесс изменения напряжений во времени является случайным, обладающим определенными характеристиками, а именно: средним значением, функцией распределения случайных ординат, корреляционной функцией, спектральной плотностью и т. д.

    Метод, позволяющий заменять реальный процесс некоторой последовательностью амплитуд напряжений, эквивалентной ему по повреждающему действию называется, методом схематизации случайного процесса. Методы схематизации случайных процессов и статистической обработки результатов изложены в ГОСТ 25.101—83.

    Метод «максимумов». Для накопления усталостных повреждений наиболее существенное значение имеют значение амплитуд напряжений и количество циклов их повторения. Амплитуды определяют по формуле:

Зарегистрировав все максимумы процесса i (i= 1, 2, ..., N) на отрезке времени Т и вычитая из них , получаем по формуле случайную последовательность амплитуд напряжений , являющуюся исходной информацией для получения расчетных характеристик нагруженности. Этот метод является эффективным, если процесс условно узкополосый, т.е. отношение среднего числа точек пересечения графиком процесса своей средней оси к среднему числу экстремумов процесса на некотором отрезке времени приближается к 1.

    В случае процесса более сложной структуры выделение амплитуд напряжений становится менее очевидным, в связи с чем появилось большое число методов схематизации. Применяя к этому процессу метод максимумов, мы получаем более повреждающий процесс, ибо небольшие колебания, образующие много максимумов, не вносят существенного повреждения, а по методу максимумов мы получаем столько амплитуд, сколько отмечено максимумов. В настоящее время принято считать, что наиболее приемлемые данные для оценки долговечности дают метод полных циклов и метод «дождя».

    Метод «дождя». Ось напряжений направлена по горизонтали вправо, ось времени — по вертикали вниз. Осциллограмма рассматривается на отрезке времени t₆, соответствующем одному блоку нагружения, под которым понимают представительную совокупность последовательных значений переменных напряжений, соответствующую определенной наработке детали l_б в эксплуатации. Величина l_б может измеряться в километрах пробега (для транспортных машин), в часах работы (для двигателей и т. д.), в количестве технологических циклов и т. д.

    На рис.1 приведен короткий участок осциллограммы для ясности изложения. На практике выбирают блок достаточно большим для получения статистически представительных результатов.

    Смысл метода «дождя» сводится к следующему. Предполагаем, что с внутренних сторон экстремумов начинают течь струи дождя, как бы стекающие с крыш и изображенные на рис.1 пунктирными линиями. Линии струй должны удовлетворять ряду следующих правил:

    1.Струя, начавшаяся из минимума, стекает до тех пор, пока не дойдет до уровня минимума, лежащего левее исходного.

    2.Струя, начавшаяся с внутренней стороны некоторого максимума, стекает до тех пор, пока она не дойдет до уровня первого максимума, лежащего правее исходного.

    3.Струя останавливается в том случае, если она встретит на пути другую струю, стекающую с более высокой «крыши».

    4.Каждый участок осциллограммы должен быть пройденструями только один раз.

    5.Размахи напряжений, соответствующие каждой струе, определяются как абсолютное значение разности ординат (по оси ) начала и конца струи, причем каждая струя образует один полуцикл.

     Каждый размах соответствует одному полуциклу напряжений. Поэтому общее число циклов в блоке нагружения равно половине числа размахов. Для построения функции распределения амплитуд напряжений размахи делим пополам и располагаем в возрастающем порядке, образуя вариационный ряд амплитуд. Видно, что функция распределения амплитуд не соответствует нормальному закону и носит довольно сложный характер.

     Когаев В.П., Дроздов Ю.Н., Прочность и износостойкость деталей машин: Учеб. пособие для машиностр. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1991. — 319 с., ил.