疲劳仿真研究系列4-雨流计数在fe-safe中的应用

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上篇文章《疲劳仿真研究系列3——雨流计数法》从理论上讲解了雨流计数法的原理。但是具体在使用的时候，如果直接采用基本定义去解决实际问题，无疑是不现实的。本文将结合疲劳分析软件FE-safe，介绍在软件中如何实现雨流计数。接下来的内容大多来自帮助文档，如果解释的不全面或者不对，请查看帮助文档。

1软件需要统计什么数据

雨流计数法只是个数学方法，那么在实际使用的时候需要明白软件需要采集什么信息，对于一个载荷谱，我们一般需要以下参数，见下图

图载荷谱

要仔细理解上面的图和物理量，后面我们还会多次用到里面的值。需要注意，上面大部分参数值是推导出来的，真正的初始值是Smax和Smin。对于多幅度载荷谱，还有每个载荷谱的循环次数n。总结来说，对于一个复杂的载荷谱，需要获得多组Smax、Smin和n值。

2Fe-safe中的雨流计数法

Downing和Socie在1982年创建了一种被更广泛引用和利用的雨流循环计数算法，在ASTM E 1049-85（疲劳分析中的循环计数的标准实践）中，它已作为许多循环计数算法之一被包括在内。Igor Rychlik为雨流计数方法给出了数学定义，从而可以根据负载信号的统计属性进行闭式计算。其核心算法逻辑如下：

其算法核心逻辑是判断信号的长短，如果下一个信号的长度大于该信号长度，则关闭短信号（短信号闭合），生产新的信号。由于此逻辑易于通过程序语言实现。现举例说明：

信号从点A开始（信号中的绝对最大点）。前3个点是A、B和C。

D点是第一个要考虑的点。范围CD大于BC，因此循环关闭。这是BC范围的周期。由于循环通过向下游览关闭，有时绘制如图所示：

这更清楚地表明，该周期关闭了，因为CD大于BC。

现在可以删除此循环重新绘制信号：

依次采取每个范围：

DE小于AD，因此没有循环关闭。

EF小于DE，所以没有循环关闭。

FG小于EF，所以没有循环关闭。

GH小于EF，所以没有循环关闭。

HI 小于GH，所以没有循环关闭。

IJ小于HI，所以没有循环关闭。

EF小于DE，所以没有循环关闭。

JK大于IJ，因此循环关闭。

这是标记为2的周期，其范围从I到J。如果现在已删除了周期2：

然后范围HK也大于GH，所以点K关闭另一个周期，标记为3。因此，点K已经关闭了两个周期。也有周期3可以被删除。

范围KL小于FK，因此没有关闭任何循环。

范围LM大于KL，因此循环关闭。它的范围从K到L，并被标记为周期4。删除此周期将留下以下数据点：

FM大于EF，所以循环关闭，范围为EF，标记为5。

如果删除这个周期，只剩下三个点，A、D和M，这些构成了最后一个循环。提取的六个周期总结如下：

循环按编号顺序关闭，周期具有以下范围：

运行周期数工作周期范围

1 B-C

2 I-J

3 G-H

4 K-L

5 E-F

6 A-D(=D-M)

这样就完成了对复杂信号的雨流计数法整理。之后的处理可以参照上一篇文章《疲劳仿真研究系列3-雨流计数法》

需要注意的是，只有在分析可以从信号中的绝对最大（数值最大）点开始时，前面给出的简单格式代码才能工作。因此，需要完整信号可用并且可以搜索以确定绝对最大数据点的位置。分析从此时开始，继续持续到信号结束，返回到信号中的第一个点，然后再次以绝对最大值结束。（最大循环由信号最大和最小循环组成）。这种类型的循环计数被称为离线分析，因此前面给出的算法是一种离线雨水算法，因为在尝试分析之前必须捕获完整的信号。

Socie 和 Downing修改了这个简单的算法，以便允许其用于在线信号处理。如果信号中的前几个数据点如下所示，则可以关闭若干循环。