1.1　载荷谱基本概念

结构在使用过程中往往承受随时间变化的随机载荷，由于这些载荷可致使结构产生疲劳累积损伤，故也称为疲劳载荷。载荷可以用不同形式表示，最常用的有力、应力、应变、加速度、位移等。铁路机车车辆、汽车、飞机、船舶等运载工具的许多承载构件在运用中承受随时间变化的随机载荷，有时也存在具有一定周期性的交变载荷，周期性交变载荷是随机载荷的一种特殊情况，因此，随机载荷是造成承载构件疲劳累积损伤的根本原因。

载荷谱是运用中结构所承受的随机载荷的统计表示。它是结构疲劳设计与断裂分析和试验的载荷条件。载荷谱原则上应代表整个载荷变化过程，但是，要反映载荷变化的全部信息是难以实现的，在实际应用中也没有这个必要。因此，载荷谱编制过程中，对于原始载荷数据常需要进行数据处理或简化，从这个意义上讲，载荷谱又是载荷变化过程的某种近似代表。如果载荷的形式为力、应力、应变、加速度或位移，载荷谱则相应的称为力谱、应力谱、应变谱、加速度谱或位移谱。

同样一台设备各个结构部位在使用中所受的载荷不同，所以不同的结构部位有不同的载荷谱。如铁路货车转向架的轮对、摇枕、侧架，车体的心盘、旁承、车钩、缓冲器等载荷谱都各有特点。此外，载荷谱还可以包括各种环境条件，如温度、腐蚀、噪声等。必要时，还需考虑载荷和环境因素的综合影响，形成更为复杂的环境（载荷）谱。载荷谱又分为离散谱和连续谱。离散谱由各级载荷及其发生的频次按某种次序排列组成，连续谱由载荷过程或其统计特性表示。

载荷谱有多种表达形式，载荷谱最原始的表达形式是“载荷—时间”历程，由于现实条件的种种限制，用这种原始的表达形式直接进行工程应用非常困难，因此根据实际需求发展出了多种多样的载荷谱近似表达形式，如数字、公式、图形、表格、矩阵等，常见的载荷谱数据处理方法有均值法、变均值法、等损伤法等，根据维数不同又有一维和二维载荷谱。

当载荷时间历程施加于结构上时，结构可能产生形式多样的响应：如力（力矩）、应变或加速度等，对这些响应时间历程的统计表示，广义上也称之为载荷谱。

在工程实践中，常用程序载荷谱和随机过程载荷谱表示结构承受的随机载荷，进行结构的疲劳设计和试验。

在程序载荷谱中，最简单的是常（等）幅谱；把若干常幅谱的小块按一定次序排列，得到的是程序块谱；把程序块谱中各小块的次序打乱随机排列，得到的是随机化程序块谱；若直接以载荷的各个峰、谷值进行随机排列，得到的是随机化谱。

随机过程载荷谱常用实测的一段典型“载荷—时间”历程表示，或用其功率谱表示。采用随机过程载荷谱进行结构疲劳试验比较严密和精确，但是需要对所有的实际工况进行测试。比较而言，采用程序载荷谱进行结构疲劳试验相对容易实现，因此程序载荷谱在实际中也普遍应用。

工程试验中所用的载荷谱主要根据大量实际测量数据经过统计处理编制，有些条件成熟的已形成了国家或行业标准。