关于雨流计数法和疲劳寿命计算
前言:
之所以写这个,是因为需要计算疲劳寿命,最简单的方法是使用Miner的线性疲劳累计损伤理论来做。而牵扯到雨流计数法。然后看了百度百科还有微信和少量的论文,总算是弄清楚一点,在此分享下,让和我一样的初学者能速度快点进入。如果有错误还请指点。
S-N曲线:
利用miner法计算疲劳寿命,需要看S-N曲线,如下图:
图片表示的意思是,我在一个“应力幅 Sa”循环下,能做多少个循环。就是我起初是最大应力——最小应力——最大应力;这样是一个循环。
(PS:这里好像忽略了时间的影响,即我变换的时间是多少?还有就是SN曲线到底是如何做实验的,前提是什么,我现在还没有了解清楚)
这里需要注意的是一个前提:应力幅=应力max-应力min;且这个应力的平均应力=0,即应力max=应力min
Miner法则计算疲劳寿命
使用miner法则计算的时候,大致如图:
主要的问题是,你需要知道,我一个 某个应力幅下,运行了多少次,然后就可以计算了。
这里就扯到了 “雨流计数法”
雨流计数法:
基础的,可以看百度百科, 雨流计数法_百度百科
但是,百度百科忽略了一个问题,那就是为什么;
这里牵扯到一个基础的力学问题(百科里面提到了,但是没有说清楚):(参考:徐其瑞.机车车辆转向架应力谱数据处理与频谱分析系统软件开发[D],1999,北方交通大学)
应变从1-7的过程中,其实在应变-应力 迟滞回线上就是经历了3个循环,1-4-7、2-3-2、5-6-5。如果将图片a的一个阶段去计算疲劳累计损伤的话就是:
1-4-7一个应力循环,计算其“应力幅”——找到对应的N-147——然后累计损伤是:1 / N-147;
依次类推,那么图a的总损伤即可求出来。
那么有没有快速的找到应力循环的方法呢,有,就是雨流法。
将图片a,旋转90°,看着像房子一样。按照雨流计算法的规则:
1-从峰或谷为起点,沿着峰谷的内侧向下流动。(这里我没有弄清楚内侧到底是那一侧)
2-雨流从某一个峰或谷开始流动,当遇到比其起始峰或谷 更大的峰或谷时要停止流动;
3-雨流遇到上面流下的雨流时,必须停止流动;
按照规则:
1-2-2'-4-5-5'-7,这是1点的流动,最低1,最高4,到7停止了,就不要了,所以算是半个应力循环,即1-4循环;
2-3-2’,则半个循环,2-3
3-2',则半个循环,3-2'(这里有个bug,就是我在2’停了啊,为什么还有算,没理解)
4-5-5'-7,则半个循环,4-7
5-6-5',则半个循环,5-6
6-5',则半个循环,6-5'
上面共计是6个半循环,即每个n=0.5;然后对应的应力有最大和最小,可以求出应力幅,然后就可以计算疲劳累计损伤了。
上面,1-4和4-7,由于1=4,所以可以看出1-4-7的一个应力循环;依次类推。
依照上面的,再去看百度百科,就会通透点。
还有就是,雨流计数,最终的输出是,某个应力幅,出现了多少次,和时间无关的。
后面的疑问:
文章里面也说了,对于S-N曲线,一个应力循环的平均值=0,但是如果应力的均值不等于零呢?
像途中,5-6-5'的应力循环,其最小值=0,最大值X,则均值=x/2,是否可以使用S-N曲线呢?