随着研究的深入,人们发现采用时间序列计算载荷谱太麻烦了,处理的工作量太大,我们不需要将每个时刻点的载荷都做运算,疲劳计算只需要提供幅值、均值和循环次数,鉴于此发展出了很多不同的计数方法,雨流法是最常见的处理方式,在ASTM E1049-85规范中记载了常见的4种计数方法。
传统的符合ASTM标准的载荷历程计数法主要有以下几种:
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水平交叉计数(Level cross counting)
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峰值计数(Peak counting)
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样本幅值计数(Simple-range counting)
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雨流计数(rainflow counting)
参考文章 疲劳载荷计算 - 知乎 (zhihu.com)
其中雨流计数法是最为主流的计数方法,也是公认效率最好的,.目前提出的各种雨 流计数的模型都是以找出循环过程中的滞后环的应力循环为原则,针对雨流法的学习,我发现了以下几类常见的处理方式:
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第一个方法
就是在ASTM E1049-85规范中记载的常规的雨流计数的步骤,该算法在没有数据重新安排的情况下起作用,因此**无需提前知道绝对最大值,可以进行实时的雨流计数。**从原始谱出发采用三点雨流计数的方法,用连续的三个点判断是否形成迟滞环即可以记为1个cycle的范围。连续的三点形成两条线段,根据线段的长度判断是否形成迟滞环,如果形成记为1cycle,否则记为0.5cycle。假设连续三个点记为A、B、C,形成的线段分别是AB和BC,首先假设AB不是起始段,若AB>BC,不能形成迟滞环,则提取A、B的均值和幅值,并进行记录0.5cycle,之后将B的值给A,C的值给B,读取下一个点为C就可以下一个判断,传统方法由于第一阶段中会遗留部分不能构成应力循环 的数据点,称之为发散收敛波,因此要进行第二阶段 的计数.
参考文章Rainflow counts for fatigue analysis - MATLAB rainflow - MathWorks 中国
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参考文献:
[1] 佚名. 田_李_2009_改进的雨流法实时计数模型.pdf[Z]([日期不详]).
[2] 佚名. 董 et al_2004_雨流计数法及其在程序中的具体实现.pdf[Z]([日期不详])
[3] MCINNES C H, MEEHAN P A. Equivalence of four-point and three-point rainflow cycle counting algorithms[J]. International Journal of Fatigue, 2008, 30(3): 547–559. DOI:10.1016/j.ijfatigue.2007.03.006.
[4] 佚名. ASTM e1049-85(2017) standard practices for cycle counting in fatigue analysi.pdf[Z]([日期不详]).
[5] HUANG J, WANG S, XU W, 等. A novel autoregressive rainflow—integrated moving average modeling method for the accurate state of health prediction of lithium-ion batteries[C]. . DOI:10.3390/PR9050795.
[6] AMZALLAG C, GEREY J P, ROBERT J, 等. Standardization of the rainflow counting method for fatigue analysis[J]. 1994. . DOI:10.1016/0142-1123(94)90343-3.
[7] RYCHLIK I. A new definition of the rainflow cycle counting method[J]. 1987. . DOI:10.1016/0142-1123(87)90054-5.
[8] SCHOOL OF INFORMATION ENGINEERING, SOUTHWEST UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, MIANYANG 621010, CHINA, HUANG J. An improved rainflow algorithm combined with linear criterion for the accurate li-ion battery residual life prediction[J]. International Journal of Electrochemical Science, 2021: ArticleID:21075. DOI:10.20964/2021.07.29.
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- ## 附录
现给出简化的三点雨流计数法MATLAB程序代码
%% rainflow计数法 %%
clear;clc
C=xlsread('load_F1');%%%%%%%%%在此修改加载的文件名,数据格式一直才可正确运算%%% %%%也可以自行添加一个随机列向量C作为载荷谱输入%%
B=C;A=C;
q=length(A);
%三点循环计数法;部分参考SAE ASTM标准
%% 步骤一 %%
%对载荷时间历程进行处理使它只包含峰谷峰谷交替出现
m=q;
for i=2:1:m-1
if A(i-1)<A(i)&&A(i)<A(i+1)
B(i)=NaN;
elseif A(i-1)>A(i)&&A(i)>A(i+1)
B(i)=NaN;
end
end
B(isnan(B))=\[\];
%% 步骤二 %%
%对载荷时间历程再造,使从最大(小)值拆开,前后拼接,使从最值开始最值结束
\[a,b\]=max(B);
n=length(B);
B1=B(b:n);
B2=B(1:b);
B=\[B1;B2\];
%% 步骤三 %%
%再只留波峰波谷,防止拼接处出现不合理的数据 ??
A=B;m=length(B);
for i=2:1:m-1
if A(i-1)<A(i)&&A(i)<A(i+1)
B(i)=NaN;
elseif A(i-1)>A(i)&&A(i)>A(i+1)
B(i)=NaN;
end
end
B(isnan(B))=\[\];n=length(B);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% B为改造后载荷时间历程 n为B中波峰波谷的个数
%% 步骤四 %%
%画出改造好的载荷时间历程折线图
figure('Name','载荷谱');
plot(1:n,B,'-k')
legend('重组过的载荷时间历程'); %右上角标注
xlabel('时间') %x轴坐标描述
ylabel('载荷') %y轴坐标描述
xlim(\[0,10000\]);
ylim(\[0,20000\]);
xticks(0:1000:10000);
yticks(-20000:1000:20000);
grid on
%% 步骤五 %%
%雨流计数,输出结果矩阵c包括计数count、范围range、均值mean、单次循环载荷起点start、单词循环载荷终点end%
\[c,hist,edges,rmm,idx\] = rainflow(B);
TT = array2table(c,'VariableNames',{'Count','Range','Mean','Start','End'});%计数结果指标
%% 步骤六 %%
%绘制均值、幅值、循环次数的三维柱形图
figure('Name','三维图');
rainflow(B)
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