雨流計數法
關注創建者：awsa 創建時間：2021-04-09
雨流計數法的視頻教程
整車載荷譜處理-簡化-轉化為變速箱校核工況
兩種方法對比及應用場景 - 雨流計數法與旋轉計數法的對比 - 不同應用場景下的適用性分析 第二章：載荷譜處理實例 1. CLTC載荷譜 - 介紹CLTC載荷譜的背景和應用 - 如何導入軟件進行處理 2. 雨流法處理（Excel） - 使用Excel工具進行雨流法處理的步驟和技巧 3.
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雨流計數法的實例教程
在本文當中我們將給大家介紹如何去實現隨機疲勞分析當中的雨流計數法。
一：雨流計數法基礎
ASTM E1049-85介紹了疲勞分析當中用到的幾種計數方法（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踐過程。因為雨流計數法得出的結果和實際加載歷程相同，結果也比較接近真實值，故而一般都用雨流計數法。ASTM E1049-85當中的rainflow counting 計出來的是整循環和半循環。這也是最初的雨流計數法。為了避免半循環，我們采用ASTM E1049-85當中的simplified rainflow counting，這種方法的特點是先把信號順序略作改變、使得最大值提前到第一個位置。然后開始循環計數。這樣計出來的循環沒有半循環，只有整循環。
信號的預處理包括2部分：
Part I：最大值提前
Part II：峰值谷值交替
黑圈中的點直接去除
下圖展示的是對信號完整的預處理過程：
紅色信號是原始信號，灰色信號是最大值提前后的信號，藍色信號是提取的峰值谷值交替的信號。
下圖是處理數據的歷程圖
經過了預處理的算法就可以開始正式的統計。
二、雨流計數法的程序及程序解釋
附件cpp文件當中包括了一個雨流計數法的函數，函數定義如下：
voidRainFlowCounting(double*A,intL,int N1,int N2,double **R)
A代表需要分析的應力信號段，L代表應力信號段的長度，N1是均值等分的份數，N2是幅值等分的份數，R用來存儲結果。
展開 第八個流動從8點開始，流至9點下降到10點的對面終止，因為10點比8點具有更正的最大值。取出半循環8-9。最后一個流動從9點開始，因為遇到由8點下滴的雨流，所以終止于8ˊ點。取出半循環9-8ˊ。把兩個半循環8-9和9-8ˊ配對，組成一個完全的循環8-9-8ˊ。
這樣，圖1所示的應變一時間記錄包括三個完全循環8-9-8ˊ,2-3-2ˊ，5-6-5ˊ和三個半循環1-2-4，4-5-7，7-8-10。圖3-18表明，雨流法得到的應變是與材料應力-應變特性相一致的。從圖1中看出，有三個完全的循環，與此對應，在圖2中有三個陰影線所示的閉合回路。
雨流法的要點是載荷-時間歷程的每一部分都參與計數，且只計數一次，一個大的幅值所引起的損傷不受截斷它的小循環的影響，截出的小循環迭加到較大的循環和半循環上去。因此可以據累計損傷理論，將等幅實驗得到的S-N曲線和雨流法的處理結果輸入電子計算機，進行構件的疲勞壽命估算便能得出較滿意的結果。
疲勞分析中的雨流計數法淺析.pdf
展開 雨流計數法又可稱為“塔頂法”,是由英國的Matsuiski和Endo 兩位工程師提出的, 距今已有50 多年。雨流計數法主要用于工程界, 特別在疲勞壽命計算中運用非常廣泛。把應變-時間歷程數據記錄轉過90°,時間坐標軸豎直向下,數據記錄猶如一系列屋面, 雨水順著屋面往下流, 故稱為雨流計數法雨流計數法對載荷的時間歷程進行計數的過程反映了材料的記憶特性，具有明確的力學概念，因此該方法得到了普遍的認可。
雨流計數法的基本計數規則：
（1）雨流依次從載荷時間歷程的峰值位置的 內側沿著斜坡往下流；（2）雨流從某一個峰值點開始流動，當遇到 比其起始峰值更大的峰值時要停止流動；（3）雨流遇到上面流下的雨流時，必須停止流動；（4）取出所有的全循環，記下每個循環的幅 度；（5）將第一階段計數后剩下的發散收斂載荷 時間歷程等效為一個收斂發散型的載荷 時間歷程，進行第二階段的雨流計數。計數循環的總數等于兩個計數階段的計 數循環之和。
雨流法的要點是載荷-時間歷程的每一部分都參與計數，且只計數一次，一個大的幅值所引起的損傷不受截斷它的小循環的影響，截出的小循環迭加到較大的循環和半循環上去。因此可以據累計損傷理論，將等幅實驗得到的S-N曲線和雨流法的處理結果輸入電子計算機，進行構件的疲勞壽命估算便能得出較滿意的結果。
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展開 這是提取荷載循環最基礎的算法，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，對載荷處理得到載荷幅值與循環次數的關系，例如下面這個載荷譜
經過處理后，就能得到如下數據
這個處理結果可以繪制成為循環幅值的直方圖或者分布圖
如果我們把幅值直方圖用bin尺寸進行分割，就能生成一個循環密度圖，這里每兩個幅值之間的面積就代表了這兩個幅值之間的循環次數。
采用循環密度圖的主要優點就是分析與bin的尺寸無關，因此可以用于比較不同采樣時間點以及不同的采樣方法對結果的影響。
如果我們對循環幅值曲線從右側積分，就可以形成循環超出圖標，這里豎軸表示超過指定幅值的循環次數。
同樣，循環幅值和均值也可以通過幅值-均值直方圖進行表示
fe-safe雨流計數法處理信號.pdf
展開 針對這種無明顯規律的隨機動態載荷譜轉臺架疲勞耐久載荷，通常有三個核心準則：
準則1——雨流計數法：雨流計數法大約在上個世紀 50 年代就被發明出來，其發明的目的就是為了應對隨機動態載荷轉變為規則Block。雖然很多資料將雨流計數法進行了長篇大論，但從本質上來說，雨流計數法就是將一組隨機數據的均值和峰值進行篩選統計的一種方法。而就基于目前工業界認可的理論，除SN 曲線外，載荷的均值和峰值，就是決定產品疲勞壽命的關鍵影響因素。
準則 2——Miner法則，也叫線性損傷累計疊加法則。在轉譜過程中，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，那么每圈所產生的損傷，基于Miner法則，則可認為是一樣的，而且還可以線性疊加，例如跑比利時路一圈，某零件產生的損傷是0.1，那么跑10圈，就可以認為產生的損傷為1。
準則 3——（偽）損傷等效原則：損傷等效原則用在什么地方呢？一個是當我們用雨流計數法手動統計出時域隨機載荷的均值、峰值和循環次數之后，還需要進一步去計算確認，轉完的Block和隨機時域載荷是否等效，這個時候就需要使用損傷等效原則了。
其使用的方法是：分別計算Block的損傷和隨機時域載荷所對應的損傷，如果計算結果相等，則我們認為損傷等效，該Block等同于隨機時域載荷，當然如果兩者計算損傷有差異，則可以對 Block 的次數作適當修正，來滿足等效損傷。另一個是當試驗場路面中，隨機路面過多時，我們最后用雨流計數法統計出來的均值和幅值的級別會比較多，以底盤件為例，當我們轉化出來的block 級數超過9的時候，就需要對其進行縮減了，一個9級以上的Block，會對臺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峰值進行修訂，此時可以對峰值進行簡單修訂，但禁止對均值進行修訂。
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3.疲勞與耐久性評估
基于風荷載時程數據與材料S-N曲線（應力-壽命曲線），運用疲勞分析算法（如雨流計數法）預測建筑構件（螺栓、焊縫、玻璃夾具）在長期風荷載作用下的累積損傷與壽命，發現潛在的結構耐久性問題，并指導結構優化和運維方案制定，是實現結構長壽命與運營安全性的核心環節。
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如何給汽車零部件進行疲勞耐久測試？11個月前
五、測試案例：下擺臂疲勞測試流程
載荷譜采集：在目標市場典型路況（城市道路 + 高速 + 山區路）采集下擺臂應變數據，累計 10 萬公里，通過雨流計數法提煉關鍵載荷循環。
臺架測試方案：采用電液伺服臺架，施加垂直力（±5000N）+ 側向力（±2000N）的復合載荷，頻率 5~20Hz，溫度控制 23℃±5℃，循環至 10^6 次或失效。
在疲勞分析中，雨流計數（Rainflow Counting）是一種用于從隨機載荷歷程中提取應力循環的方法。基本思想是對時域載荷中的遲滯環進行計數。在這個過程中，“From-To”、“Range-Mean”和“Max-Min”矩陣是三種常用載荷循環變現方式，本文將介紹三種雨流矩陣的區別與各自適用范圍。
首先介紹載荷循環的基本概念，在疲勞分應用中，一個循環經常表示為一個范圍均值
針對這種無明顯規律的隨機動態載荷譜轉臺架疲勞耐久載荷，通常有三個核心準則：
準則1——雨流計數法：雨流計數法大約在上個世紀 50 年代就被發明出來，其發明的目的就是為了應對隨機動態載荷轉變為規則Block。雖然很多資料將雨流計數法進行了長篇大論，但從本質上來說，雨流計數法就是將一組隨機數據的均值和峰值進行篩選統計的一種方法。
</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：輸入材料參數或通過材料庫進行導入；</li><li>FEA結果：讀入有限元分析結果，提取應力/應變歷程數據；</li><li>載荷譜定義：設置載荷譜數據，根據雨流計數法統計其有效循環數，作用于有限元結果
針對鋰電池儲能系統等效壽命的計算，本工作采用雨流計數法分析鋰電池的SOC變化曲線，在此基礎上統計出鋰電池的放電深度(DOD)及其對應的充放電循環次數，然后從電池放電深度與循環壽命的對應關系中推算電池的等效循環壽命。
通過雨流計數法對得到的應力值進行分析。雨流計數法是疲勞壽命估算中最常用的計數方法，利用雨流計數法，將時間歷程重新排序為具有平均應力和應力幅值的各種疲勞加載循環，再使用Palmgren-Miner 線性損傷累積理論將每個應力周期的損傷累加為總的損傷，然后，使用總損傷的倒數計算疲勞壽命。設σm 為平均應力，Sa 為應力幅值。
其原理是基于雨流計數統計法將道路采集時序數據轉化為當量偽損傷程度的循環載荷，根據累計疲勞損傷、材料應力應變遲滯回線等原理，將汽車道路載荷譜轉化為零件臺架模擬試驗加載譜[7]。
Matsuishi提出了雨流計數法計算隨機振動疲勞。
通過研究歷史，可以為我們提供清晰的學習路線，如何由淺入深。
三 疲勞理論基礎
3.1 如何表示循環
