利用雨流法进行疲劳分析和寿命估算
疲劳分析的各种方法
疲劳分析的各种方法疲劳寿命预测方法很多。
按疲劳裂纹形成寿命预测的基本假定和控制参数，可分为名义应力法、局部应力一应变法、能量法、场强法等。
1名义应力法名义应力法是以结构的名义应力为试验和寿命估算的基础，采用雨流法取出一个个相互独立、互不相关的应力循环，结合材料的S -N 曲线，按线性累积损伤理论估算结构疲劳寿命的一种方法。
基本假定：对任一构件(或结构细节或元件)，只要应力集中系数K T相同，载荷谱相同，它们的寿命则相同。
此法中名义应力为控制参数。
该方法考虑到了载荷顺序和残余应力的影响，简单易行。
但该种方法有两个主要的不足之处：一是因其在弹性范围内研究疲劳问题，没有考虑缺口根部的局部塑性变形的影响，在计算有应力集中存在的结构疲劳寿命时，计算误差较大；二是标准试样和结构之间的等效关系的确定十分困难，这是由于这种关系与结构的几何形状、加载方式和结构的大小、材料等因素有关。
正是因为上述缺陷，使名义应力法预测疲劳裂纹的形成能力较低，且该种方法需求得在不同的应力比R和不同的应力集中因子K T下的S-N曲线，而获得这些材料数据需要大量的经费。
因而名义应力法只适用于计算应力水平较低的高周疲劳和无缺口结构的疲劳寿命。
近年来，名义应力法也在不断的发展中，相继出现了应力严重系数法(S. ST)、有效应力法、额定系数法(DRF)等。
2局部应力一应变法局部应力一应变法的基本思想是根据结构的名义应力历程，借助于局部应力-应变法分析缺口处的局部应力。
再根据缺口处的局部应力，结合构件的S-N曲线、材料的循环。
一曲线、E -N曲线及线性累积损伤理论，估算结构的疲劳寿命。
基本假定:若一个构件的危险部位(点)的应力一应变历程与一个光滑小试件的应力一应变历程相同，则寿命相同。
此法中局部应力一应变是控制参数。
局部应力一应变法主要用于解决高应变的低周疲劳和带缺口结构的疲劳寿命问题。
该方法的特点是可以通过一定的分析、计算将结构上的名义应力转化为缺口处的局部应力和应变。
对“雨流计数法”介绍
对“雨流计数法”介绍雨流计数法（Rainflow counting method）是一种用于疲劳寿命预测和疲劳损伤分析的统计方法。
它通过对载荷历程数据进行处理，识别出载荷的循环次数、振幅和平均值，并统计不同振幅下的循环次数。
雨流计数法广泛应用于许多领域，如机械、航空航天、汽车工程、桥梁工程和风力发电等。
在这篇文章中，将详细介绍雨流计数法的原理、应用和计算过程。
1.雨流计数法的原理和背景疲劳是材料或结构在反复加载下逐渐发生的累积损伤。
在实际工程中，由于载荷的不断变化，对结构的疲劳寿命进行预测和分析是非常重要的。
雨流计数法是一种基于峰谷循环的疲劳分析方法，它通过将载荷历程数据进行循环切分和统计得出结构的振幅、平均值等参数，从而得到结构的疲劳损伤。
2.雨流计数法的应用领域雨流计数法被广泛应用于各个领域，如机械工程、航空航天工程、汽车工程和桥梁工程等。
在机械工程领域，雨流计数法用于预测零件的疲劳寿命，从而指导设计和维护；在航空航天工程中，雨流计数法用于分析航空器部件的疲劳损伤，评估其可靠性和安全性；在汽车工程领域，雨流计数法用于评估引擎和变速器等零部件的疲劳性能；在桥梁工程领域，雨流计数法用于分析桥梁结构的疲劳寿命，指导维护和修复工作。
3.雨流计数法的计算过程雨流计数法的计算过程可以分为循环切分和计数两个步骤。
下面将介绍每个步骤的具体操作。
3.1循环切分循环切分是将载荷历程数据切分成许多不同的循环，即找到载荷历程中的峰谷点。
切分规则如下：（1）初始点：选择载荷历程的起点作为初始点。
（2）峰值点：从初始点开始，寻找下一个大于初始点载荷的点作为峰值点。
（3）谷值点：从峰值点开始，寻找下一个小于峰值点载荷的点作为谷值点。
（4）循环结束点：从谷值点开始，寻找下一个大于谷值点载荷的点作为循环结束点。
（5）将以上得到的峰谷点作为一个循环，将循环次数、振幅和平均值记录下来。
3.2循环计数循环计数是统计不同振幅下的循环次数。
雨流计数法在风力发电机组疲劳寿命计算中的应用
雨流计数法在风力发电机组疲劳寿命计算中的应用摘要：本文围绕疲劳寿命计算和雨流计数法展开，详细介绍了对雨流计数原理的理解步骤，对疲劳寿命计算流程做了一个整体的概括，本文旨在讲述雨流计数法统计全循环的步骤。
风电材料设备关键词：雨流计数法风力发电机组疲劳寿命中国1 引文众所周知，风力发电在我国取得了长足的发展和进步。
但是，目前我国还没有完善的技术标准和认证体系。
风电产品的质量是风电设备制造企业的生命线，而建立标准和开展产品检测认证则是保障风电设备质量的有效手段。
因此，我国急需健全、完善和提高风电技术标准和检测认证体系，为风电设备的质量提供保障和监督。
由此可见，建立我国自主的风电机组评价体系和产品的认证机构就显得尤为重要。
建立这些除了需要必要的财力物力之外，还必须要有大批量的掌握结构设计、载荷评估、寿命计算、热力学、振动学等知识的技术人员。
2 疲劳寿命计算结构设计计算或者评估一般要进行极限强度计算、疲劳寿命计算、振动分析、热平衡计算等。
本文主要围绕疲劳寿命计算叙述，根据所进行的分析以及所必须的已知条件，可以把疲劳寿命计算的步骤归纳为以下流程图[1]。
疲劳寿命计算根据载荷谱不同可分为三种情况：恒幅载荷作用下的疲劳寿命计算可以直接利用S-N曲线；变幅载荷下的疲劳寿命计算可以运用MINER理论进行等效计算；随机载荷是个比较复杂的情况，首先要将其转化为恒幅或者变幅载荷谱，然后再进行计算。
疲劳寿命计算的一般方法是：①首先获取相关零件的材料性能、几何形状、加工工艺、装配过程和加载历程等信息，应用有限元结构分析技术（静强度分析）来判断可能发生破坏的位置（即危险点）；然后利用软件后处理来确定在施载荷条件下的局部应力——应变响应；②获取工作载荷谱：对于复杂的加载历程（主要指随机载荷历程），可用循环计数法对载荷进行分析、处理，得出统计规律。
③最后结合零件或材料寿命曲线以及载荷谱进行疲劳寿命分析，以获得疲劳寿命的预计值。
对照分析得到的预计值和设计要求值确定是否修改设计。
雨流计数法实例
雨流计数法实例雨流计数法是一种用于疲劳分析的方法，它能够帮助工程师预测材料在持续交变载荷下的寿命。
在现实世界中，许多结构或材料都会受到交变载荷的作用，如果不进行疲劳分析和寿命预测，就会导致结构的失效和事故的发生。
因此，雨流计数法是一个非常重要的工具，它可以帮助工程师评估材料的可靠性和安全性。
雨流计数法的原理是将复杂的交变载荷序列转化为一系列等效的交变载荷块。
通过将载荷序列分解成载荷范围和载荷平均值的组合，可以准确地计算出材料的应力历程。
然后，根据材料的疲劳性能曲线，可以计算出材料在每个载荷块下的寿命。
最后，将所有载荷块的寿命相加，就得到了整个载荷序列下的寿命。
举个例子来说明雨流计数法的应用。
假设我们需要评估一根钢梁在交变载荷下的疲劳寿命。
首先，我们需要获取钢梁所受到的载荷历程数据。
可以通过实验或者数值模拟来获取这些数据。
然后，我们可以将载荷历程数据进行处理，将其转化为一系列的载荷块。
接下来，我们需要使用材料的疲劳性能曲线来计算每个载荷块的寿命。
疲劳性能曲线是一种描述材料在不同应力水平下的寿命的曲线。
可以通过实验或者经验公式来获取这些曲线。
根据疲劳性能曲线，我们可以计算出每个载荷块的寿命。
最后，我们将所有载荷块的寿命相加，就得到了整个载荷序列下的寿命。
通过这种方式，我们可以预测出钢梁在特定载荷下的疲劳寿命。
如果计算出的寿命超过了设计要求，就需要采取相应的措施来增加结构的可靠性，比如增加材料的强度或者改变结构的形状。
除了钢梁，雨流计数法还可以应用于其他许多工程领域。
比如，它可以用于评估桥梁、飞机、汽车等结构在交变载荷下的疲劳寿命。
通过对结构的疲劳寿命进行分析，可以帮助工程师更好地设计和维护这些结构，从而提高结构的安全性和可靠性。
总之，雨流计数法是一种非常重要的工具，可以帮助工程师预测材料在持续交变载荷下的寿命。
它的原理是将复杂的载荷序列转化为一系列等效的载荷块，然后根据材料的疲劳性能曲线计算出每个载荷块的寿命，最后将所有载荷块的寿命相加得到整个载荷序列的寿命。
对“雨流计数法”介绍
雨流计数法简介0、前言机械的疲劳失效是机械失效的主要失效方式,因此对机械失效的主要研究是机械疲劳失效. 目前, 机械疲劳失效的研究有两个方面: 一是根据求出的载荷谱来确定加载程序在试验室或者试验台上对机械进行疲劳试验, 得出机械(材料)在该工况下的实际寿命; 二是根据机械(材料)的特性与载荷谱并且用Miner 准则来估计机械的疲劳寿命. 无论是做疲劳试验还是估计疲劳寿命, 载荷谱的统计都是问题的关键[1]。
1、雨流计数法简介雨流计数法又可称为“塔顶法”,是由英国的Matsuiski和Endo 两位工程师提出的, 距今已有50 多年。
雨流计数法主要用于工程界, 特别在疲劳寿命计算中运用非常广泛。
由来请参看图1, 把应变-时间历程数据记录转过90°,时间坐标轴竖直向下, 数据记录犹如一系列屋面, 雨水顺着屋面往下流, 故称为雨流计数法[2]。
雨流计数法的基本原理[3]如图1所示, 第一个雨流自0点处第一个谷的内侧流下, 从1点落1’后流至5, 然后下落。
第二个雨流从峰1点内侧流至2点落下, 由于1点的峰值低于5点的峰值,故停止。
第三个雨流自谷2点的内侧流到3, 自3点落下至3’ , 流到1’处碰上上面屋顶流下的雨流而停止。
如此下去, 可以得到如下的计数循环块:3-4-3’、1-2-1’、6-7- 6’、8-9- 8’、11-12-11、13-14-13’和12-15-12’。
雨流计数的基本流程如下。
(1) 根据采样定理作数据采集，得到时间历程记录，若截止频率为f c，则采样间隔Δt≤1/ 2f c(2) 根据连续的3个采样数据，删除既不是峰值也不是谷值的数据点，将时间历程记录转化为峰谷值序列。
(3) 针对峰谷值序列采用4点法雨流计数原则进行雨流计数，计数条件如下。
①如果A>B；B≥D；C≤A，记录一个循环 (全波) BCB′，如图 2 所示。
得到范围值S range＝|B -C|幅值S a＝|B -C|/ 2平均值S m＝(B +C)/ 2②如果A <B；B≤D；C≥A，记录一个循环(全波) BCB′，如图 3 所示。
对“雨流计数法”介绍
雨流计数法简介0、前言机械的疲劳失效是机械失效的主要失效方式,因此对机械失效的主要研究是机械疲劳失效. 目前, 机械疲劳失效的研究有两个方面: 一是根据求出的载荷谱来确定加载程序在试验室或者试验台上对机械进行疲劳试验, 得出机械(材料)在该工况下的实际寿命; 二是根据机械(材料)的特性与载荷谱并且用Miner 准则来估计机械的疲劳寿命. 无论是做疲劳试验还是估计疲劳寿命, 载荷谱的统计都是问题的关键[1]。
1、雨流计数法简介雨流计数法又可称为“塔顶法”,是由英国的Matsuiski和Endo 两位工程师提出的, 距今已有50 多年。
雨流计数法主要用于工程界, 特别在疲劳寿命计算中运用非常广泛。
由来请参看图1, 把应变-时间历程数据记录转过90°,时间坐标轴竖直向下, 数据记录犹如一系列屋面, 雨水顺着屋面往下流, 故称为雨流计数法[2]。
雨流计数法的基本原理[3]如图1所示, 第一个雨流自0点处第一个谷的内侧流下, 从1点落1’后流至5, 然后下落。
第二个雨流从峰1点内侧流至2点落下, 由于1点的峰值低于5点的峰值,故停止。
第三个雨流自谷2点的内侧流到3, 自3点落下至3’ , 流到1’处碰上上面屋顶流下的雨流而停止。
如此下去, 可以得到如下的计数循环块:3-4-3’、1-2-1’、6-7- 6’、8-9- 8’、11-12-11、13-14-13’和12-15-12’。
雨流计数的基本流程如下。
(1) 根据采样定理作数据采集，得到时间历程记录，若截止频率为f c，则采样间隔Δt≤1/ 2f c(2) 根据连续的3个采样数据，删除既不是峰值也不是谷值的数据点，将时间历程记录转化为峰谷值序列。
(3) 针对峰谷值序列采用4点法雨流计数原则进行雨流计数，计数条件如下。
①如果A>B；B≥D；C≤A，记录一个循环 (全波) BCB′，如图 2 所示。
得到范围值S range＝|B -C|幅值S a＝|B -C|/ 2平均值S m＝(B +C)/ 2②如果A <B；B≤D；C≥A，记录一个循环(全波) BCB′，如图 3 所示。
雨流计数法计算实例
雨流计数法计算实例雨流计数法是一种用于疲劳分析的方法，通过对加载历史进行处理，可以得到疲劳加载的等效循环次数。
在工程实践中，准确估计材料的疲劳寿命是至关重要的，因为过度的疲劳加载可能导致结构的失效。
该方法的基本原理是将复杂的加载历史转化为一系列的循环次数和加载幅值，然后根据统计学方法计算等效循环次数。
这种方法对于不规则的加载历史特别有用，因为它可以准确地估计不同加载幅值下的疲劳寿命。
下面举一个简单的例子来说明如何使用雨流计数法计算疲劳寿命：假设有一个加载历史如下：[10, 15, 20, 8, -5, 12, 6, -2, 18, 10, 5, -4]首先，我们需要将加载历史转化为一系列的循环次数和加载幅值。
对于上述加载历史，我们可以得到以下循环列表：- 循环1：[10, 15, 20, 8]- 循环2：[8, -5, 12, 6, -2]- 循环3：[6, -2, 18, 10]- 循环4：[10, 5, -4]然后，我们根据每个循环的加载幅值和次数来计算等效循环次数。
可以使用下面的公式来计算：等效循环次数 = 循环次数 * (加载幅值 / 平均加载幅值)^b其中，b是一个经验系数，通常取值为0.06到0.10，平均加载幅值是所有循环加载幅值的平均值。
假设b取0.06，平均加载幅值为8.3（通过计算所有循环加载幅值的平均值得到），我们可以得到以下等效循环次数：- 循环1：4 * (8 / 8.3)^0.06 = 4- 循环2：5 * (7 / 8.3)^0.06 ≈ 4.77- 循环3：4 * (8 / 8.3)^0.06 ≈ 3.83- 循环4：3 * (6 / 8.3)^0.06 ≈ 2.56最后，将所有等效循环次数相加，得到总的等效循环次数：总的等效循环次数 = 4 + 4.77 + 3.83 + 2.56 ≈ 15.16通过雨流计数法，我们得到了总的等效循环次数，这个数值可以用来估计材料的疲劳寿命。
于雨流法的海盗船横梁疲劳寿命评估
于雨流法的海盗船横梁疲劳寿命评估1、传统的海盗船横梁疲劳寿命评估方法及不足海盗船是游乐园常见的传统游乐设备，是一种绕水平轴往复摆动的游乐项目。
海盗船运动模型为单摆模型，横梁作为主体支撑结构，承受船体拉杆的方向交变变化的拉力，最容易发生结构或焊缝的疲劳损伤。
若发生结构疲劳，则出现的就是主体钢构坍塌，发生重大的人员伤亡事故。
因此，准确的疲劳寿命评估对设备的安全尤其重要。
同时，精确的寿命评估也可为设备设计的经济性提供参考依据。
对于海盗船横梁的疲劳寿命评估，传统的方法是依据《GB 50017-2017钢结构设计标准》应用应力幅值法进行校核。
实际的应力幅值应小于应力循环次数对应的应力容许幅值：则该应力幅值不会带来疲劳损伤。
常应力幅疲劳计算按以下公式进行：（1）变应力幅的疲劳计算按以下公式进行计算：（2）具体参数定义可参见《GB 50017-2017钢结构设计标准》。
海盗船横梁的承载工况属于变应力幅值的类型，要按照变应力幅疲劳公式进行计算。
仔细分析公式（2）可知，变应力幅值的疲劳计算使用了疲劳幅值统计和疲劳幅值等效转换两种方法进行处理。
首先是分析疲劳幅值波形图，统计不同疲劳幅值的频次，接着根据变幅疲劳预期寿命，将变幅疲劳幅值折算为循环次数为2×106次的等效正应力幅，再将该应力幅值与循环次数为2×106的容许正应力幅值进行对比，判定疲劳损伤是否达到破坏；钢结构设计标准规定的计算公式存在两点不足：其一，未明确应力疲劳幅值的统计方法；其二，将不同应力幅值的疲劳损伤进行等效转。
因为低应力幅比高应力幅的疲劳损伤效果不一样，故将不同应力幅值进行等效折算不够精确。
另外，疲劳幅值的频次统计方法未明确，则不同的统计方式的统计结果有所差异，自然影响了寿命评估的精度。
基于传统评估方式的不足，横梁寿命估计，会按以下两种方式进行处理：方法一：不考虑变幅应力，统计时只考虑应力幅值的中位数，即忽略频次比较少的高应力幅值和低应力幅值，取频次较多，应力幅值较高的进行校核。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
利用雨流法统计进行疲劳分析和寿命估计
沈松 应怀樵 刘进明 (东方振动和噪声技术研究所,北京,100085) 摘要:对于长期承受交变载荷的机器设备,除了振动和强度外,疲劳也是导致其损坏的常见原因之一.因此进 摘要 行有效的疲劳分析和寿命估计,是保障设备安全运转的重要手段之一.本文介绍了基于 DASP 软件的疲劳分析方法, 利用符合材料应力循环特性的雨流法对结构承受的交变载荷进行统计分析,然后进行损伤度的计算和寿命估计. 关键词:雨流法;疲劳分析;寿命估计 关键词 Abstract: For the machine worked with lasting alternate loads, the fatigue is the familiar reason of damage, besides the vibration and strength. So the effective fatigue analysis and life estimate is the important method to ensure that the machine can work safely. The fatigue analysis method base on the software named DASP is introduced in this paper. First the alternate loads statistics is done by rain flow method that is accord with the stress cycle characteristic of material, and then the damage degree is calculated. Key Words: rain flow method; fatigue analysis; life estimate
1 引言
实际生产中许多设备在正常工作状态下需要承受循环交变载荷,这种循环载荷在性质上既不同 于静态载荷,也不同于振动载荷,但同时也具有两种载荷的某些特征.它常常具有低速重载的特点, 一方面是循环受力,另一方面又具有很低的循环频率和较大的载荷.承担装卸任务的港口机械,需 要左右倾倒的热轧设备等结构都长期处于循环交变载荷的作用下. 对于这种情形,即使设备具有足够的静态强度,并且不会产生共振,但却会在长期的循环受力 过程中出现疲劳损伤,导致设备的损坏.为防止结构发生疲劳损坏,了解设备疲劳状态,则需要对 其进行疲劳测试分析,并进行寿命估计,保证设备的正常安全运行,并对设备的维修和故障诊断提 供依据. 如何对这些设备进行疲劳分析,以及如何保证分析的准确性是本文主要讨论问题.基于 DASP 系统的有关模块软件,结合此类问题各个环节的主要特征,文中总结了从疲劳测试,应力统计,损 伤度计算到寿命估计的完整方案.
2 疲劳测试
疲劳测试是直接通过测量获取设备承受载荷的数据.测量的物理量选择动态应变和应力,符合 低速重载的特征. 测点的选择需要结合实际结构特点和受力情况,在结构的关键部位和应力集中部位布置测点, 然后让设备处于工作状态或者模拟实际工况作业,记录各测点的动应变数据,并转换为应力数据. 测量设备可包括电阻应变片,动态应变仪和 INV303/306 型信号采集分析仪,对结构所受应变和 应力进行测试和数据记录,然后进入 DASP 软件进行分析.
3 雨流法进行应力统计
应力幅的大小直接关系到结构的损伤度计算,因此需要对测量的数据进行统计,以便得到不同
大小应力幅的出现概率.然后结合各应力幅对应的损伤度和各应力幅的出现概率,得到结构的总损 伤度. 波形计数通常有几十种方法,常用的方法包括峰值计数法,变程计数法和雨流计数法,各方法 具有各自的特点,也有不同的适用范围.DASP 软件中包含上述三种常用计数方法,现分别进行比 较和讨论. 峰值计数法对载荷波形中落在各载荷等级中的所有峰值(波峰和波谷)的数目进行统计计数. 这种方法记录了载荷波动的信息,但夸大了实际载荷时间历程中小载荷波动的幅值,即夸大了载荷 对机件的损伤程度,因此偏于保守. 变程计数法(振幅计数法) ,则只计及载荷时间历程中波峰和波谷之间的距离,而不考虑该振程 距零载荷的距离,它考虑了影响机件寿命的主要因素-振幅,但是忽略了载荷的静态分量. 雨流计数法也叫塔顶计数法,其主要特点是根据研究材料的应力-应变过程进行计数,统计载 荷波形中的循环和半循环. 雨流法计数方法如图 1: (1)雨流的起点依次从每个峰值的内侧边开始,波形左半 部为内侧边; (2)雨点在下一个峰值落下,直到对面有一个比开始时的 峰值更大的峰值为止,也就是说比开始时的最大值更大的值或 者比最小值更小的值为止; (3)当雨流遇到来自上面屋顶流下的雨时,也就停止; (4)按以上过程取出所有全循环,并记下各自的变程; (5)再按正负斜率去除所有半循环,并记下各自的变程; (6)把取出的半循环按修正的"变程对"计数法配成全循 环. 图 1 雨流计数方法示意 应注意的是,应变-时间记录的每一部分只计而且仅计数 一次.一个基本假设是一个大的幅值所引起的损伤并不受夹在 大循环中的小幅值循环所引起应力应变回线而截断的影响. 根据以上比较可见,对于交变载荷下的应力波形,最合理的统计方法为雨流计数法.图 2 为使 用 DASP 软件对某港机设备的疲劳应力波形进行雨流法统计的结果,图中上面的波形为实测应力波 形,下面的直方图为雨流统计结果,横坐标为应力循环幅度,纵轴为对数方式,该直方图完整地给 出了不同大小的应力循环的发生次数和概率.
图 2 实测应力波形和雨流统计结果
4 损伤度计算和寿命估计
得到了结构所受应力的结果后,就可以对其疲劳寿命和损伤度进行计算.疲劳寿命一般可以通 过 S-N 曲线进行计算,S 为应力幅大小,N 为对应的疲劳寿命,即承受 N 次大小为 S 的循环应力作 用后将会导致结构损伤. S-N 曲线与结构的焊接或螺栓连接形式有关,不同的连接形式会有不同的计算结果.此外 S-N 曲线是基于统计分析的, 因此计算中还需要指定可信度因子, 通常可选取可靠度因子为 2, 对应 97.7% 的可信度. S-N 曲线的计算公式如下:
log N = log C 0 d / σ m log S r
(1)
C d 其中: r 为应变幅, 0 是与材料及连接形式有关的常量,σ 为 logN 的标准差, 为可靠度因子, S m 为 log Sr 对 log N 的反斜率. 在 DASP 软件的雨流计数模块中,有两种计算损伤度的入口:拟合统计的损伤度计算和实际统 计的损伤度计算,分别适合以下两种情形: a) 拟合统计的损伤度计算.对于许多情况下,不同大小应力幅的出现概率符合正态分布,若实 际疲劳测试次数较少,统计结果可能不能完全反映真实情形,则可以对雨流统计结果进行拟合计算, 得到较为接近真实的统计概率分布,再进行损伤度计算. b) 实际统计的损伤度计算.有些设备由于长期承受一个或几个幅度较为固定的载荷,使得实际 应力幅并不符合正态分布或其它分布的规律,此时就需要使用实际的统计结果进行损伤度计算,而 不能对统计结果进行拟合计算,否则会影响这些固定载荷对应损伤度在总损伤度中的主导地位. 最后结合各应力幅的大小和出现概率,就可以计算得到对应的损伤度,采用线性累计理论,求 其总和便得到结构的总损伤度,以估算其寿命. 图 2 中的波形明显具有大小约为 50MPa 的重要应力幅存在, 从其雨流统计直方图中也直观反映 了这个特征,因此需要使用实际统计的疲劳计算结果.图 3 为实际统计计算结果,可见其中大小为 50MPa 的应力幅出现 10 次, 出现概率为 0.025%, 对应损伤度 5.8528E-8, 在总损伤度中占主导地位. 若使用拟合统计计算,如图 4,则拟合后的概率仅为 0.001%,对应损伤度仅为 1.4583E-9,未对总损 伤度起主要作用,显然不能符合实际情况.
图 3 实际统计的疲劳统计表
图 4 拟合统计的疲劳统计表
5 结束语
对于长期承受交变重载的设备,除了静强度和振动的考虑外,疲劳测试和分析也是准确掌握设 备运行健康状态的重要手段.DASP 中提供的雨流计数分析模块和疲劳统计分析功能,则正好可以 作为此类疲劳测试分析的工具,为设备的使用和维修提供有价值的重要决策依据. 参考文献 [1] 应怀樵. 波形和频谱分析与随机数据处理. 北京:中国铁道出版社, 1985, 89～105. [2] 北京东方振动和噪声技术研究所. DASP 操作使用说明书. 北京, 2005, VOL.1-1 : 39～43.
。