疲勞分析中的雨流計數(shù)法

2017-12-14 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在進(jìn)行疲勞分析時,對于實(shí)測的載荷-時間曲線,尚需要進(jìn)行一定的方法整理成表格或頻率分布的曲線形式,處理方法有兩類:一類叫做計數(shù)法,另一類叫做功率譜密度法。雨流計數(shù)法是計數(shù)法的一種。

雨流計數(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-時間歷程樣本記錄轉(zhuǎn)過90°,時間坐標(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:

(1)雨流在試驗(yàn)記錄的起點(diǎn)和依此在每一個峰值的內(nèi)邊開始,亦即從1,2,3…等尖點(diǎn)開始。

(2)雨流在流到峰值處(即屋檐)豎直下滴,一直流到對面有一個比開始時最大值(或最小值)更正的最大值(或更負(fù)的最小值)為止。

(3)當(dāng)雨流遇到來自上面屋頂流下的雨時,就停止流動。

(4)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)。

(5)每一雨流的水平長度是作為該應(yīng)變幅值的半循環(huán)計數(shù)的。

圖1 雨流計數(shù)法

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的對應(yīng)處。得出一個從1到4的半循環(huán)。下一個雨流從峰值2點(diǎn)開始,流經(jīng)3點(diǎn),停于4點(diǎn)的對面,因?yàn)?點(diǎn)是比開始的2點(diǎn)具有更正的最大值,得出一個半循環(huán)2-3。第三個流動從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,3-2ˊ和2-3就形成了一個閉合的應(yīng)力-應(yīng)變回路環(huán),它們配成一個完全的循環(huán)2′-3-2。

下一個雨流從峰值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,再從7點(diǎn)豎直下滴到峰值10的對面,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。

第五個流動從5點(diǎn)開始,流到6點(diǎn),豎直下滴,終止于7點(diǎn)的對面,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。第六個流動從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配成一個完全循環(huán)5ˊ-6-5,取出5ˊ-6-5。

第七個流動從7點(diǎn)開始,經(jīng)過8點(diǎn),下落到9-10線上的8ˊ點(diǎn),然后到最后的峰值10,取出半循環(huán)7-8-10。第八個流動從8點(diǎn)開始,流至9點(diǎn)下降到10點(diǎn)的對面終止,因?yàn)?0點(diǎn)比8點(diǎn)具有更正的最大值。取出半循環(huán)8-9。最后一個流動從9點(diǎn)開始,因?yàn)橛龅接?點(diǎn)下滴的雨流,所以終止于8ˊ點(diǎn)。取出半循環(huán)9-8ˊ。把兩個半循環(huán)8-9和9-8ˊ配對,組成一個完全的循環(huán)8-9-8ˊ。

這樣,圖1所示的應(yīng)變一時間記錄包括三個完全循環(huán)8-9-8ˊ,2-3-2ˊ,5-6-5ˊ和三個半循環(huán)1-2-4,4-5-7,7-8-10。結(jié)合圖2,雨流法得到的應(yīng)變是與材料應(yīng)力-應(yīng)變特性相一致的。從圖1中有三個完全的循環(huán),與此對應(yīng),在圖2中有三個陰影線所示的閉合回路。

圖2 對應(yīng)圖1應(yīng)變記錄的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)

雨流法的要點(diǎn)是載荷-時間歷程的每一部分都參與計數(shù),且只計數(shù)一次,一個大的幅值所引起的損傷不受截斷它的小循環(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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