雨流法
關(guān)注創(chuàng)建者：砥力 創(chuàng)建時(shí)間：2019-07-15
雨流法的視頻教程
整車載荷譜處理-簡(jiǎn)化-轉(zhuǎn)化為變速箱校核工況
兩種方法對(duì)比及應(yīng)用場(chǎng)景 - 雨流計(jì)數(shù)法與旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)法的對(duì)比 - 不同應(yīng)用場(chǎng)景下的適用性分析 第二章：載荷譜處理實(shí)例 1. CLTC載荷譜 - 介紹CLTC載荷譜的背景和應(yīng)用 - 如何導(dǎo)入軟件進(jìn)行處理 2. 雨流法處理（Excel） - 使用Excel工具進(jìn)行雨流法處理的步驟和技巧 3.
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雨流法的實(shí)例教程
雨流計(jì)數(shù)法又可稱為“塔頂法”,是由英國(guó)的Matsuiski和Endo 兩位工程師提出的, 距今已有50 多年。雨流計(jì)數(shù)法主要用于工程界, 特別在疲勞壽命計(jì)算中運(yùn)用非常廣泛。把應(yīng)變-時(shí)間歷程數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)過90°,時(shí)間坐標(biāo)軸豎直向下,數(shù)據(jù)記錄猶如一系列屋面, 雨水順著屋面往下流, 故稱為雨流計(jì)數(shù)法雨流計(jì)數(shù)法對(duì)載荷的時(shí)間歷程進(jìn)行計(jì)數(shù)的過程反映了材料的記憶特性，具有明確的力學(xué)概念，因此該方法得到了普遍的認(rèn)可。
雨流計(jì)數(shù)法的基本計(jì)數(shù)規(guī)則：
（1）雨流依次從載荷時(shí)間歷程的峰值位置的 內(nèi)側(cè)沿著斜坡往下流；（2）雨流從某一個(gè)峰值點(diǎn)開始流動(dòng)，當(dāng)遇到 比其起始峰值更大的峰值時(shí)要停止流動(dòng)；（3）雨流遇到上面流下的雨流時(shí)，必須停止流動(dòng)；（4）取出所有的全循環(huán)，記下每個(gè)循環(huán)的幅 度；（5）將第一階段計(jì)數(shù)后剩下的發(fā)散收斂載荷 時(shí)間歷程等效為一個(gè)收斂發(fā)散型的載荷 時(shí)間歷程，進(jìn)行第二階段的雨流計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)循環(huán)的總數(shù)等于兩個(gè)計(jì)數(shù)階段的計(jì) 數(shù)循環(huán)之和。
雨流法的要點(diǎn)是載荷-時(shí)間歷程的每一部分都參與計(jì)數(shù)，且只計(jì)數(shù)一次，一個(gè)大的幅值所引起的損傷不受截?cái)嗨男⊙h(huán)的影響，截出的小循環(huán)迭加到較大的循環(huán)和半循環(huán)上去。因此可以據(jù)累計(jì)損傷理論，將等幅實(shí)驗(yàn)得到的S-N曲線和雨流法的處理結(jié)果輸入電子計(jì)算機(jī)，進(jìn)行構(gòu)件的疲勞壽命估算便能得出較滿意的結(jié)果。
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展開 雨流計(jì)數(shù)法的突出特點(diǎn)是根據(jù)所研究材料的應(yīng)力-應(yīng)變之間的非線性關(guān)系來進(jìn)行計(jì)數(shù)，亦即把樣本記錄用雨流法定出一系列閉合的應(yīng)力-應(yīng)變滯后環(huán)。
參看圖1，把應(yīng)變-時(shí)間歷程樣本記錄轉(zhuǎn)過90°，時(shí)間坐標(biāo)軸豎直向下，樣本記錄猶如一系列屋面，雨水順著屋面往下流，故稱為雨流法。雨流法有下列規(guī)則：
（ⅰ）雨流在試驗(yàn)記錄的起點(diǎn)和依此在每一個(gè)峰值的內(nèi)邊開始，亦即從1，2，3…等尖點(diǎn)開始。
（ⅱ）雨流在流到峰值處（即屋檐）豎直下滴，一直流到對(duì)面有一個(gè)比開始時(shí)最大值（或最小值）更正的最大值（或更負(fù)的最小值）為止。
（ⅲ）當(dāng)雨流遇到來自上面屋頂流下的雨時(shí)，就停止流動(dòng)。
（ⅳ）如果初始應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變，順序的始點(diǎn)是拉應(yīng)變最小值的點(diǎn)。
（ⅴ）每一雨流的水平長(zhǎng)度是作為該應(yīng)變幅值的半循環(huán)計(jì)數(shù)的。
在圖1中，雨流法從1點(diǎn)開始，該點(diǎn)認(rèn)為是最小值。雨流流至2點(diǎn)，豎直下滴到3與4點(diǎn)幅值間的2ˊ點(diǎn)，然后流到4點(diǎn)，最后停于比1點(diǎn)更負(fù)的峰值5的對(duì)應(yīng)處。得出一個(gè)從1到4的半循環(huán)。下一個(gè)雨流從峰值2點(diǎn)開始，流經(jīng)3點(diǎn)，停于4點(diǎn)的對(duì)面，因?yàn)?點(diǎn)是比開始的2點(diǎn)具有更正的最大值，得出一個(gè)半循環(huán)2-3。第三個(gè)流動(dòng)從3點(diǎn)開始，因?yàn)橛龅接?點(diǎn)滴下的雨流，所以終止于2ˊ點(diǎn)，得出半循環(huán)3-2ˊ。這樣，3-2和2-3就形成了一個(gè)閉合的應(yīng)力-應(yīng)變回路環(huán)，它們配成一個(gè)完全的循環(huán)2′-3-2。
下一個(gè)雨流從峰值4開始，流經(jīng)5點(diǎn)，豎直下滴到6和7之間的5ˊ點(diǎn)，繼續(xù)往下流，再?gòu)?點(diǎn)豎直下滴到峰值10的對(duì)面，因?yàn)?0點(diǎn)比4點(diǎn)具有更正的最大值。得出半循環(huán)4-5-7。
第五個(gè)流動(dòng)從5點(diǎn)開始，流到6點(diǎn)，豎直下滴，終止于7點(diǎn)的對(duì)面，因?yàn)?點(diǎn)比5點(diǎn)具有更負(fù)的極小值。取出半循環(huán)5-6。第六個(gè)流動(dòng)從6點(diǎn)開始，因?yàn)橛龅接?點(diǎn)滴下的雨滴，所以流到5ˊ點(diǎn)終止。半循環(huán)6-5與5-6配成一個(gè)完全循環(huán)5ˊ-6-5，取出5ˊ-6-5。
展開 這是提取荷載循環(huán)最基礎(chǔ)的算法，由Socie和Downing提出，它的Fortran程序如下:
雨流法就是基于上述的原理，對(duì)載荷處理得到載荷幅值與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，例如下面這個(gè)載荷譜
經(jīng)過處理后，就能得到如下數(shù)據(jù)
這個(gè)處理結(jié)果可以繪制成為循環(huán)幅值的直方圖或者分布圖
如果我們把幅值直方圖用bin尺寸進(jìn)行分割，就能生成一個(gè)循環(huán)密度圖，這里每?jī)蓚€(gè)幅值之間的面積就代表了這兩個(gè)幅值之間的循環(huán)次數(shù)。
采用循環(huán)密度圖的主要優(yōu)點(diǎn)就是分析與bin的尺寸無關(guān)，因此可以用于比較不同采樣時(shí)間點(diǎn)以及不同的采樣方法對(duì)結(jié)果的影響。
如果我們對(duì)循環(huán)幅值曲線從右側(cè)積分，就可以形成循環(huán)超出圖標(biāo)，這里豎軸表示超過指定幅值的循環(huán)次數(shù)。
同樣，循環(huán)幅值和均值也可以通過幅值-均值直方圖進(jìn)行表示
fe-safe雨流計(jì)數(shù)法處理信號(hào).pdf
展開 在本文當(dāng)中我們將給大家介紹如何去實(shí)現(xiàn)隨機(jī)疲勞分析當(dāng)中的雨流計(jì)數(shù)法。
一：雨流計(jì)數(shù)法基礎(chǔ)
ASTM E1049-85介紹了疲勞分析當(dāng)中用到的幾種計(jì)數(shù)方法（level crossing counting, peak counting, simple-range counting, rangepair counting, rain flow counting），并且論述了每種方法的具體實(shí)踐過程。因?yàn)?em>雨流計(jì)數(shù)法得出的結(jié)果和實(shí)際加載歷程相同，結(jié)果也比較接近真實(shí)值，故而一般都用雨流計(jì)數(shù)法。ASTM E1049-85當(dāng)中的rainflow counting 計(jì)出來的是整循環(huán)和半循環(huán)。這也是最初的雨流計(jì)數(shù)法。為了避免半循環(huán)，我們采用ASTM E1049-85當(dāng)中的simplified rainflow counting，這種方法的特點(diǎn)是先把信號(hào)順序略作改變、使得最大值提前到第一個(gè)位置。然后開始循環(huán)計(jì)數(shù)。這樣計(jì)出來的循環(huán)沒有半循環(huán)，只有整循環(huán)。
信號(hào)的預(yù)處理包括2部分：
Part I：最大值提前
Part II：峰值谷值交替
黑圈中的點(diǎn)直接去除
下圖展示的是對(duì)信號(hào)完整的預(yù)處理過程：
紅色信號(hào)是原始信號(hào)，灰色信號(hào)是最大值提前后的信號(hào)，藍(lán)色信號(hào)是提取的峰值谷值交替的信號(hào)。
下圖是處理數(shù)據(jù)的歷程圖
經(jīng)過了預(yù)處理的算法就可以開始正式的統(tǒng)計(jì)。
二、雨流計(jì)數(shù)法的程序及程序解釋
附件cpp文件當(dāng)中包括了一個(gè)雨流計(jì)數(shù)法的函數(shù)，函數(shù)定義如下：
voidRainFlowCounting(double*A,intL,int N1,int N2,double **R)
A代表需要分析的應(yīng)力信號(hào)段，L代表應(yīng)力信號(hào)段的長(zhǎng)度，N1是均值等分的份數(shù)，N2是幅值等分的份數(shù)，R用來存儲(chǔ)結(jié)果。
展開 針對(duì)這種無明顯規(guī)律的隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷譜轉(zhuǎn)臺(tái)架疲勞耐久載荷，通常有三個(gè)核心準(zhǔn)則：
準(zhǔn)則1——雨流計(jì)數(shù)法：雨流計(jì)數(shù)法大約在上個(gè)世紀(jì) 50 年代就被發(fā)明出來，其發(fā)明的目的就是為了應(yīng)對(duì)隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則Block。雖然很多資料將雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行了長(zhǎng)篇大論，但從本質(zhì)上來說，雨流計(jì)數(shù)法就是將一組隨機(jī)數(shù)據(jù)的均值和峰值進(jìn)行篩選統(tǒng)計(jì)的一種方法。而就基于目前工業(yè)界認(rèn)可的理論，除SN 曲線外，載荷的均值和峰值，就是決定產(chǎn)品疲勞壽命的關(guān)鍵影響因素。
準(zhǔn)則 2——Miner法則，也叫線性損傷累計(jì)疊加法則。在轉(zhuǎn)譜過程中，其主要解決的問題是，同一輛車以相同的車速在同一路面行駛不同的圈數(shù)，那么每圈所產(chǎn)生的損傷，基于Miner法則，則可認(rèn)為是一樣的，而且還可以線性疊加，例如跑比利時(shí)路一圈，某零件產(chǎn)生的損傷是0.1，那么跑10圈，就可以認(rèn)為產(chǎn)生的損傷為1。
準(zhǔn)則 3——（偽）損傷等效原則：損傷等效原則用在什么地方呢？一個(gè)是當(dāng)我們用雨流計(jì)數(shù)法手動(dòng)統(tǒng)計(jì)出時(shí)域隨機(jī)載荷的均值、峰值和循環(huán)次數(shù)之后，還需要進(jìn)一步去計(jì)算確認(rèn)，轉(zhuǎn)完的Block和隨機(jī)時(shí)域載荷是否等效，這個(gè)時(shí)候就需要使用損傷等效原則了。
其使用的方法是：分別計(jì)算Block的損傷和隨機(jī)時(shí)域載荷所對(duì)應(yīng)的損傷，如果計(jì)算結(jié)果相等，則我們認(rèn)為損傷等效，該Block等同于隨機(jī)時(shí)域載荷，當(dāng)然如果兩者計(jì)算損傷有差異，則可以對(duì) Block 的次數(shù)作適當(dāng)修正，來滿足等效損傷。另一個(gè)是當(dāng)試驗(yàn)場(chǎng)路面中，隨機(jī)路面過多時(shí)，我們最后用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)出來的均值和幅值的級(jí)別會(huì)比較多，以底盤件為例，當(dāng)我們轉(zhuǎn)化出來的block 級(jí)數(shù)超過9的時(shí)候，就需要對(duì)其進(jìn)行縮減了，一個(gè)9級(jí)以上的Block，會(huì)對(duì)臺(tái)架的效率造成極大的降低。在這種情況下，我們需要基于損傷等效原則對(duì)峰值進(jìn)行修訂，此時(shí)可以對(duì)峰值進(jìn)行簡(jiǎn)單修訂，但禁止對(duì)均值進(jìn)行修訂。
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圖源網(wǎng)絡(luò)
3.疲勞與耐久性評(píng)估
基于風(fēng)荷載時(shí)程數(shù)據(jù)與材料S-N曲線（應(yīng)力-壽命曲線），運(yùn)用疲勞分析算法（如雨流計(jì)數(shù)法）預(yù)測(cè)建筑構(gòu)件（螺栓、焊縫、玻璃夾具）在長(zhǎng)期風(fēng)荷載作用下的累積損傷與壽命，發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)耐久性問題，并指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和運(yùn)維方案制定，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)壽命與運(yùn)營(yíng)安全性的核心環(huán)節(jié)。
仿真科普｜駕馭風(fēng)場(chǎng)，筑風(fēng)為友：CAE風(fēng)環(huán)境仿真技術(shù)驅(qū)動(dòng)建筑可持續(xù)設(shè)計(jì)9個(gè)月前
zhimg.com/v2-f0b84a967f5f29d2bbaa38cace4c12e5_r.jpg" style="text-align: left;"></p><p class="ql-align-center">圖源網(wǎng)絡(luò)</p><h3><strong>3.疲勞與耐久性評(píng)估</strong></h3><p> 基于風(fēng)荷載時(shí)程數(shù)據(jù)與材料S-N曲線（應(yīng)力-壽命曲線），運(yùn)用疲勞分析算法（如雨流計(jì)數(shù)法
如何給汽車零部件進(jìn)行疲勞耐久測(cè)試？11個(gè)月前
五、測(cè)試案例：下擺臂疲勞測(cè)試流程
載荷譜采集：在目標(biāo)市場(chǎng)典型路況（城市道路 + 高速 + 山區(qū)路）采集下擺臂應(yīng)變數(shù)據(jù)，累計(jì) 10 萬公里，通過雨流計(jì)數(shù)法提煉關(guān)鍵載荷循環(huán)。
臺(tái)架測(cè)試方案：采用電液伺服臺(tái)架，施加垂直力（±5000N）+ 側(cè)向力（±2000N）的復(fù)合載荷，頻率 5~20Hz，溫度控制 23℃±5℃，循環(huán)至 10^6 次或失效。
針對(duì)這種無明顯規(guī)律的隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷譜轉(zhuǎn)臺(tái)架疲勞耐久載荷，通常有三個(gè)核心準(zhǔn)則：
準(zhǔn)則1——雨流計(jì)數(shù)法：雨流計(jì)數(shù)法大約在上個(gè)世紀(jì) 50 年代就被發(fā)明出來，其發(fā)明的目的就是為了應(yīng)對(duì)隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則Block。雖然很多資料將雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行了長(zhǎng)篇大論，但從本質(zhì)上來說，雨流計(jì)數(shù)法就是將一組隨機(jī)數(shù)據(jù)的均值和峰值進(jìn)行篩選統(tǒng)計(jì)的一種方法。
</p><p><strong>1、方案功能</strong></p><p>軟件具備疲勞分析所需要的基本功能：</p><ul><li>創(chuàng)建分析：選定分析類型，如通用疲勞分析、多軸疲勞分析等；</li><li>材料庫：輸入材料參數(shù)或通過材料庫進(jìn)行導(dǎo)入；</li><li>FEA結(jié)果：讀入有限元分析結(jié)果，提取應(yīng)力/應(yīng)變歷程數(shù)據(jù)；</li><li>載荷譜定義：設(shè)置載荷譜數(shù)據(jù)，根據(jù)雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)其有效循環(huán)數(shù)，作用于有限元結(jié)果
A
名義應(yīng)力法
名義應(yīng)力法是以結(jié)構(gòu)的名義應(yīng)力為試驗(yàn)和壽命估算的基礎(chǔ)，采用雨流法取出一個(gè)個(gè)相互獨(dú)立、互不相關(guān)的應(yīng)力循環(huán)，結(jié)合材料的S -N曲線，按線性累積損傷理論估算結(jié)構(gòu)疲勞壽命的一種方法。
針對(duì)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等效壽命的計(jì)算，本工作采用雨流計(jì)數(shù)法分析鋰電池的SOC變化曲線，在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出鋰電池的放電深度(DOD)及其對(duì)應(yīng)的充放電循環(huán)次數(shù)，然后從電池放電深度與循環(huán)壽命的對(duì)應(yīng)關(guān)系中推算電池的等效循環(huán)壽命。
通過雨流計(jì)數(shù)法對(duì)得到的應(yīng)力值進(jìn)行分析。雨流計(jì)數(shù)法是疲勞壽命估算中最常用的計(jì)數(shù)方法，利用雨流計(jì)數(shù)法，將時(shí)間歷程重新排序?yàn)榫哂衅骄鶓?yīng)力和應(yīng)力幅值的各種疲勞加載循環(huán)，再使用Palmgren-Miner 線性損傷累積理論將每個(gè)應(yīng)力周期的損傷累加為總的損傷，然后，使用總損傷的倒數(shù)計(jì)算疲勞壽命。設(shè)σm 為平均應(yīng)力，Sa 為應(yīng)力幅值。
其原理是基于雨流計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)法將道路采集時(shí)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為當(dāng)量偽損傷程度的循環(huán)載荷，根據(jù)累計(jì)疲勞損傷、材料應(yīng)力應(yīng)變遲滯回線等原理，將汽車道路載荷譜轉(zhuǎn)化為零件臺(tái)架模擬試驗(yàn)加載譜[7]。
Matsuishi提出了雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算隨機(jī)振動(dòng)疲勞。
通過研究歷史，可以為我們提供清晰的學(xué)習(xí)路線，如何由淺入深。
三 疲勞理論基礎(chǔ)
3.1 如何表示循環(huán)
