雨流计数法的应用
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。
雨流计数法的应用
• 无效幅值清除：给定判断条件（如指定数据最 大差程旳10%），顺序读入数据，计算计算i点 数据与i-1点、i+1点和i点数据旳差旳绝对值， 假如均不小于等于鉴定条件，则存储i点数据， 不然读入下一点。
• 推荐经过合理设置接触参数旳措施来进行过盈 配合旳模拟。
• 原理：ANSYS中旳初始接触状态包括两个部分， 节点间旳几何位置和初始侵入量（由参数 CNOF拟定）。若设置求解控制参数 KEYOPT(9)=4，则求解时将不考虑节点旳几何 位置旳影响。接触设置中另一参数为实常数 Icont，用来设置接触面间过盈或间隙旳误差范 围。这么，经过KEYOPT(9)和Icont旳合理设置 就能够经过CNOF来设定过盈量了。
• 以时间为纵轴、载荷为横轴,重新绘制载荷-时 间图。雨流依次从每个峰或谷旳上侧流下,直 到对面有个比其起点更高旳峰值(或更低旳谷 值)后停下；另一侧旳雨流滴下就停止(图c)。
• 谷内雨流遇到上层落下旳来流时立即停止(图c)。 • 统计全部全循环(图d)旳峰值和均值.
雨流计数法在程序中旳详细实施
雨流计数法
• 循环计数法：将不规则、随机旳载荷-时间 历程转化为一系列循环旳措施，称为“循 环计数法”。
• 雨流计数法是其中旳一种。适合以经典载 荷谱段为基础旳反复历程，简朴易行，易 于计算机编程，每个波峰、波谷只计数一 次。
雨流计数法旳原理
• 根据原始旳时间-载荷谱图(图a)重新安排时间载荷谱,以绝对值最大旳点为起点(图b)。
计算费用高
模态叠加法
速度快 模态分析单元载荷 （压力、温度、加 速度等）可用于瞬 态分析 得到更平滑、精确 旳响应曲线 允许考虑模态阻尼
matlab雨流计数法简单讲解
在工程中，特别是机械结构、航空航天等领域，在对应力、载荷进行疲劳分析时，雨流计数法是一种常用的方法。
这种方法可以有效地对载荷数据进行处理，得到疲劳载荷的循环次数，从而进行疲劳寿命的预测。
1. 什么是雨流计数法？雨流计数法是一种用来对载荷数据进行疲劳分析的方法。
它可以将连续的载荷数据序列转换为一系列载荷循环，然后对这些循环进行统计分析。
通过这种方法，我们可以得到载荷循环的幅值和次数，从而可以进一步进行疲劳寿命的预测和分析。
2. 雨流计数法的基本原理雨流计数法的基本原理是将载荷数据序列分解成一系列循环载荷，然后对这些循环进行统计。
在实际应用中，通常使用峰谷识别法来检测载荷数据中的峰值和谷值，然后根据这些峰值和谷值来进行载荷循环的划分。
可以根据载荷循环的幅值和次数进行统计分析，得到疲劳载荷的循环次数。
3. 雨流计数法的优点和局限性雨流计数法的优点在于可以较为准确地对载荷数据进行处理，得到疲劳载荷的循环次数，从而进行疲劳寿命的预测。
但是，这种方法也存在一定的局限性，例如在处理复杂载荷时，可能会出现较大的误差，需要进行一定的修正和优化。
4. 我对雨流计数法的个人观点和理解在我看来，雨流计数法是一种简单而有效的方法，在工程实践中具有广泛的应用前景。
通过对载荷数据进行分解和统计，我们可以更好地理解载荷对结构疲劳寿命的影响，从而有针对性地进行疲劳设计和分析。
但是，在实际应用中，我们也需要注意方法的局限性，结合具体情况进行合理的选择和修正。
总结回顾：通过本文的讲解，我们了解了雨流计数法的基本原理和应用。
这种方法可以帮助我们对载荷数据进行处理，得到疲劳载荷的循环次数，从而进行疲劳寿命的预测和分析。
在工程实践中，雨流计数法具有重要的意义，但同时也需要注意其局限性，进行合理的修正和优化。
希望通过本文的讲解，读者对雨流计数法有了更深入的了解。
在此，我为您撰写了一篇有关“matlab雨流计数法简单讲解”的文章，希望能够对您有所帮助。
雨流计数法在结构疲劳损伤计算中的应用
雨流计数法在结构疲劳损伤计算中的应用作者：李彬来源：《科技视界》2015年第16期【摘要】本文针对结构疲劳损伤问题，采用雨流计数法原理运用Matlab编程工具，研究了三点雨流计数法在早结构疲劳损伤计算中的应用，编写了具体实现程序。
采用Goodman曲线得到泵车臂架的二维载荷谱，结合材料的S-N曲线与Palmgren-Miner线性累积损伤理论计算结构的疲劳损伤，可为结构的健康监测和优化设计提供依据。
【关键词】雨流计数；S-N曲线；二维载荷谱；疲劳损伤0 引言大型机械设备拥有更高的施工效率，能够适应巨型建筑施工的需要，可为施工企业创造更高的经济效益，倍受市场青睐。
然而，大型设备成本高，所受工作载荷大，载荷状态也更加复杂，一旦发生断裂失效事故将造成巨大的经济损失以及人员伤亡，因此对结构件的疲劳损伤进行计算，并对其实施健康监测显得尤为重要。
在结构的断裂事故中，疲劳断裂是最主要最危险的原因之一。
所以，本文选用结构的疲劳损伤大小作为对结构健康状态进行监测的主要参数。
在工程实际中，结构的工作载荷是随着设备的工作状况与使用环境的变化而变化的，是随机载荷。
随机载荷是一种不规则的动载荷、是随时间变化的载荷，在进行疲劳损伤分析时只能使用统计分析方法进行计算。
由于载荷幅值和载荷循环次数是使结构件产生疲劳损伤的主要原因，所以常用计数法进行计算。
计数法的种类很多，如峰值计数、雨流计数等，对于同一工况和载荷运用不同的计数方法，得到的计算结果差别可能很大。
雨流计数是根据材料的应力-应变行为进行的，它得到的载荷循环和材料的应力-应变迟滞回线相一致[1]，该方法能够准确地反映材料的疲劳损伤。
相对其它计数方法，雨流计数法更为精确，因此被广泛运用。
1 雨流计数法的基本原理[2-3]雨流计数法又被称为“塔顶法”在疲劳寿命计算中应用非常广泛。
该方法由英国的Matsuiski 和Endo两位工程师提出，他们认为材料塑性的存在是疲劳损伤的必要条件，并且应力-应变循环的滞回线（如图1）是塑性性质表现的主要形式。
雨流计数法原理
雨流计数法原理
雨流计数法：
1．什么是雨流计数法？
雨流计数法是一种水文学观测方法，主要用来统计河水或雨水流量，帮助研究调查降水、水（或雨）汇、水位、湖泊变化，以及供水、排污、地表面水循环等的变化情况。
2．原理介绍
雨流计数法的原理就是在河道中设置检测站或流量检测回路，将到达检测站的流量折合成静态水位，从而统计测量水位及流量。
通常这种方法是采用雨流量计安装在墙壁上，当流水流过时会被探测器检测，并产生数字信号，随后表达出实际的流量数据，而这些数据会被统计分析，以便理解河道或坑塘洪水的变化状况。
3．应用范围
雨流计数法是应用广泛的水文学观测方法，主要用于：
（1）供水工程中的供水量检测，主要检测能源汇流影响的蓄水工程的
实际取水量；
（2）应急管理中的洪水报警，用于调查水域洪涝灾害的发生情况；
（3）水文勘测中的水量计算，可以辅助水文勘测人员更好地分析水位
变化数据；
（4）水资源综合调查与控制中量化河流水量，确定河流出流控制措施；
（5）水利规划中河流水利设施有效性评价，及河流水利改造方案的研
究调查。
4．优点及局限性
（1）优点：
a.测量速度快，可随时获取实时数据；
b.测量成本较低；
c.流量计量精度高，容旧程度高；
d.测量结果准确可靠，具有较强的客观性。
（2）局限性：
a.对不同流量环境应用有限，只能测量弱流量；
b.对回流复流效应不敏感；
c.为实现多点联网和远程传输，需要更加完善的购置和部署方案。
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各方法的优缺点
优点 缺点
完全法
模态叠加法
易于使用 允许各种非线性 使用完整矩阵 单一过程计算所有 结果 可以实现在实体上 加载 允许各种非线性 可得到包括瞬态、 稳态的各种响应
速度快 模态分析单元载荷 （压力、温度、加 速度等）可用于瞬 态分析 得到更平滑、精确 的响应曲线 允许考虑模态阻尼
计算费用高
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8
ANSYS中过盈配合的模拟
• 有限元中过盈配合的模拟主要有三种方法： 通过几何模拟，应用温度法模拟，通过接 触设置模拟。
• 温度法通过给零件施加不同的温度，产生 “热胀冷缩”的效应来模拟过盈。
• 这里主要讨论几何模拟和接触模拟两种方 法。
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9
• 首先应明确有限元模型对几何模型进行了 离散化。这就使几何模型与有限元模型产 生了差异。
雨流计数法的算法
• (1)按载荷谱顺序读入数据，直至数据完毕。 • (2)读入下一峰、谷值。若数据完毕，则停
止。 • (3)若数据点数少于3，则返回(2)；若数据点
数大于三，则有最后读入的3点计算变程X 和Y。规定第一点和第二点的差的绝对值为 Y，第二点和第三点的差的绝对值为X。 • (4)比较X和Y的大小。若X<Y则返回(2)；若 X≥Y，则进行(5). • (5)将Y记做一个循环，. 删除与Y相应的峰谷 7
• 雨流计数法在程序中的实现方法将分为数 据压缩、重新排序和循环数提取三个步骤 完成。
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4
数据压缩
• 数据压缩的目的是将原始的数据进行过滤， 使其只包含波峰波谷值。
• 数据压缩又分为等值数压缩、峰谷值提取 和无效幅值去除三步。
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5
数据压缩的算法
• 等值数压缩：顺序读入数据，判断i点与i+1 点是否相等，若不相等则储存i点数据；若 相等则读入下一数据。
• 以时间为纵轴、载荷为横轴,重新绘制载荷时间图。雨流依次从每个峰或谷的上侧流
下,直到对面有个比其起点更高的峰值(或更 低的谷值)后停下；另一侧的雨流滴下就停 止(图c)。
• 谷内雨流遇到上层落下的来流时立即停止 (图c)。
• 记录所有全循环(图d).的峰值和均值.
2
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3
雨流计数法在程序中的具体实施
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• 过盈配合所致的接触分析的难点在于如何 确定初始接触状态。初始接触状态设置得 不对，会导致错误的计算结果或者不准确 的计算结果
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• 因此若想通过几何来模拟过盈配合，应该 尽量细化接触面的网格，但同时也增加了 计算量。
• 另外，在进行接触分析时（尤其是可能存 在间隙的情况）建议设置两个载荷步，先 施加较小的载荷，使接触面真正接触，在 施加完全载荷进行计算。
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12
• 推荐通过合理设置接触参数的方法来进行 过盈配合的模拟。
• 原理：ANSYS中的初始接触状态包含两个部 分，节点间的几何位置和初始侵入量（由 参数CNOF确定）。若设置求解控制参数 KEYOPT(9)=4，则求解时将不考虑节点的几 何位置的影响。接触设置中另一参数为实 常数Icont，用来设置接触面间过盈或间隙 的误差范围。这样，通过KEYOPT(9)和Icont 的合理设置就可以通.过CNOF来设定过盈量 13
• 峰谷值提取：顺序读入数据，计算i点数据 与i-1点、i+1点和i点数据的差值相乘。若积 小于0，则存储i点数据，否则读入下一点。
• 无效幅值去除：给定判断条件（如指定数 据最大差程的10%），顺序读入数据，计算 计算i点数据与i-1点、i+1点和i点数据的差的 绝对值，如果均大于.等于判定条件，则存 6
恒定时间步长 不能计算非线性， 只能包含简单的点 点接触 不能施加强制非零 位移
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缩减法 比完全法快
需要扩展得到完整
结果
不能施加单元载荷
所有载荷必须施加
在主自由度上
时间步长恒定
只支持简单的点点
接触
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完全法求解瞬态动力学的问题
• 阻尼比如何确定 • 时间步长的确定，关心的响应频率如何确
定？是否只关心比激振力频率小的固有频 率就可以了？ • 是否要分别对整体模型和单隔板模型分别 进行模态分析来修正单隔板模型的边界条 件。（部分模态会丢失，影响结构的响应）
通过几何模拟过盈量（左图）和通过初始偏移量模拟过盈（右图）的结 果对比
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ANSYS中的动力学分析方法
• ANSYS的瞬态动力学分析方法主要有三种： • 完全法（直接积分法）。采用完整的系统
矩阵计算瞬态响应。它是三种方法中功能 最强的，可以处理各种非线性特性，如塑 性、大变形、大应变等。也是耗费资源最 大的。 • 缩减法。通过主自由度及缩减矩阵压缩问 题规模。在主自由度的位移被计算出来后， 可将解扩展到完整自由度集上。 • 模态叠加法。通过对.模态分析得到的振型 15
雨流计数法
• 循环计数法：将不规则、随机的载荷-时间 历程转化为一系列循环的方法，称为“循 环计数法”。
• 雨流计数法是其中的一种。适合以典型载 荷谱段为基础的重复历程，简单易行，易 于计算机编程，每个波峰、波谷只计数一 次。
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雨流计数法的原理
• 根据原始的时间-载荷谱图(图a)重新安排时 间-载荷谱,以绝对值最大的点为起点(图b)。
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问题和工作
• 问题 • 应用何种方法（完全法、模态叠加法） • 时间步长的确定，哪些是关心频率(Δt=1/20f) • 模型（装配体、整体分析） • 工作 • 简化模型去掉或等效接触 • 减少单元数量 • 设置合适的时间步长 Nhomakorabea.
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