在研究汽车的疲劳耐久时,施加的载荷一般有两种:循环载荷和随机载荷。采用随机载荷加载由于考虑了载荷的统计特性,因此要比采用循环载荷更符合汽车的实际使用条件。汽车行驶时,其所受到的随机载荷是包含载荷均值与载荷幅值两个随机变量的二维随机载荷谱。因此,本文基于汽车零部件载荷谱,研究二维随机载荷的当量载荷的概率密度函数,以及在二维随机载荷作用下疲劳寿命的计算分析方法。主要研究工作如下:1、研究了考虑载荷幅值和载荷均值各自随机特性的二维随机载荷作用下,疲劳寿命的计算理论和计算方法,建立了疲劳寿命的计算模型。研究结果表明,在材料的疲劳抗力系数C_f和用等效应力幅表示的理论疲劳极限(S_(eq))_c为确定值的条件下,影响二维随机载荷作用下的疲劳寿命的关键因素,是二维随机载荷的当量载荷的概率密度函数。2、研究了二维随机载荷作用下疲劳寿命的数值积分计算方法,该方法通过对二维随机载荷的当量载荷的概率密度函数进行数值积分计算疲劳寿命。通过试验设计方法,验证了方法的正确性和有效性。对比分析结果表明,对于连续或接近连续的载荷谱,数值积分法是比传统的八级载荷分级法更优的疲劳寿命计算方法。3、研究了一款城市SUV承载系统零部件在试验场路面的载荷谱的二维随机特性,分布检验和参数估计的结果表明,载荷幅值符合威布尔分布,载荷均值符合正态分布。研究了载荷谱数据的估计分布参数与原始数据的符合度,结果表明,通过去除小载荷对载荷谱数据进行截除,并对截除后的载荷谱数据进行分布检验和参数估计,估计分布参数与原始数据之间可以实现较高的符合度。相关性分析的结果表明,载荷幅值和载荷均值不相关或弱相关,因此,在分析疲劳寿命时,须考虑载荷幅值和载荷均值各自的随机特性。4、推导了二维随机载荷的当量载荷的概率密度函数的代数表达式。对于载荷幅值和载荷均值互相独立的二维随机载荷,得出了以下两种情况下,当量载荷的概率密度函数:(1)载荷幅值和载荷均值都符合正态分布;(2)载荷幅值服从威布尔分布且尺度参数=1,位置参数=0、载荷均值服从正态分布。研究了概率密度函数与分布参数之间的变化规律;基于推导得到的概率密度函数,采用高斯-勒让德方法进行数值积分,计算了二维随机载荷作用下的疲劳寿命,验证了采用所推导概率密度函数计算疲劳寿命的可行性、合理性和有效性。研究了分布参数对疲劳寿命的影响,得到了疲劳寿命与载荷幅值和均值的分布参数之间的变化规律。5、采用蒙特卡罗法,对二维随机载荷的载荷幅值和载荷均值进行了随机数据生成,将随机生成的载荷幅值和载荷均值数据,采用Goodman公式转化成当量载荷,对当量载荷进行分布检验和参数估计,得到当量载荷的分布形式和分布参数。研究了载荷幅值和载荷均值的分布参数与当量载荷的分布参数之间的关系,采用分步最小二乘法对多维参数进行函数关系拟合,得到了载荷幅值和载荷均值分布参数,与当量载荷分布参数之间的拟合函数。检验结果表明,拟合函数具有较好的拟合精度。6、以四个螺旋弹簧为研究对象,采用蒙特卡罗概率密度函数拟合法处理二维随机载荷谱,基于所建立的疲劳寿命计算模型,采用数值积分法计算了疲劳寿命。与载荷谱分级法、当量载荷转化法、线性外推法三种工程实践使用的疲劳寿命计算分析方法进行对比,验证了对于汽车零部件的疲劳寿命计算分析,所建立计算模型和蒙特卡罗概率密度函数拟合法的合理性和有效性。对比分析了四种方法的优劣性,分析结果表明,线性外推法是一种不合理的计算分析方法,存在两个很明显的问题:(1)如样本采集到了小概率偶发高载荷,则疲劳寿命的计算结果偏小;(2)如样本未采集到小概率偶发高载荷,则疲劳寿命的计算结果偏大。四种方法从优到劣的排序为:蒙特卡罗概率密度函数拟合法(当量载荷转化法)、载荷谱分级法、载荷谱线性外推法。蒙特卡罗概率密度函数拟合法和当量载荷转化法的选择取决于载荷幅值和载荷均值的相关性,相关性低则选蒙特卡罗概率密度函数拟合法,相关性高则选当量载荷转化法。