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雨流计数法及其在疲劳寿命估算中的应用第３４

卷　２００６年第３期

论文编号：１００１－３９５４（２００６）０３－００９５－９７

雨流计数法及其在疲劳寿命

估算中的应用

王宏伟１

１

２

邢波１骆红云２

１３００１２

长春工业大学机电工程学院吉林长春

北京航空航天大学

在

机械结构的破坏形式中，疲劳破坏是一种主此时可采用变程均值计数法，分别得到范围和均值计数结果为：｜x１　－ x２，x２　－x３，…　和　（x１＋x２）／　２，（x２＋x３）／　２，…　的一系列半个循环　（半波）。再将具有相同的均值和范围的两个半波合成

一个完整的循环　（一个全波）。将　（３）、（４）　两步的结果综合到一起完成对时间历程的雨流计数。

图３

发散－收敛序列

要形式。据不完全统计，机械零件破坏　５０％

￣　９０％　为疲劳破坏［１］。而近年来的研究也表明，机械零部件的疲劳是由于其内部局部应力集中区域内产生循环塑性应变所造成的，而载荷时间历程是复杂的，是随机变化的，因此要合理地预测零部件的疲劳寿命，必须对载荷时间历程或局部应力、应变历程进行统计处理　——　循环计数，从而进行损伤计算，完成寿命估算

［２］

。目前计数方法有很多种，例如峰值计

数、量程计数、穿级计数和雨流计数等，其中雨流计数法虽然其计数过程与材料真实应力－应变特性相符，但其技术条件偏于复杂，影响计算速度，因此必须加以改进，　使其计数过程简化，更好地运用于机械零部件的疲劳寿命估计中。

２雨流计数在疲劳寿命估算中的应用

雨流计数的最后结果可用一张均幅矩阵表来表示（如表　１）。

这张表就是载荷谱

［３］

１雨流计数法的简述

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　fｃ，则采样间隔

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Δt≤１／　２fｃ（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　１　所示。得到

范围值Sｒａｎｇｅ＝｜B　－　C｜幅值Sａ＝｜B　－　C｜／　２平均值Sｍ＝（B　＋　C）／　２②　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　Sｒａｎｇｅ＝｜B　－　C｜图２波形２

幅值Sａ＝｜B　－　C｜／　２平均值Sｍ＝（B　＋　C）／　２

（４）　重复上述方法计数后，剩下的是所谓的发散—　收敛序列，如图　３　所示：

这个峰谷值序列已不再满足　①　和　②　计数条件。作者简介：王宏伟，女，１９７８年生，山西长子人，长春工业大学机电工程学院机械电子工程专业硕士研究生，研究方向为汽车零件常规疲劳试验方法研究及其应用软件开发。

图１

波形　１

表１不同均幅值载荷下的工作频次

（均幅矩阵表）

载荷均值

通

。如果

用

这个载荷谱是在用户使用条件下测量得到的，那

工作频次　　１　　　２　　　… j　　…

Sm１

１２iSa１Sa２Sai

nij

Sm２

…

Smj

nSmn

么它就是用户使载用条件下的载荷荷谱，如果是在试幅车场条件下得到值的，它就是该构件在试车场条件下的载荷谱。假定它是通过　L 公里的测试得到的。

∶∶∶∶mSam表２

不同均幅值载荷下的疲劳寿命

载荷均值

nSmn

工作频次　　１　　　２　　　… j　　…

Sm１Sm２…Smj

如果已知构

１Sa１

件在不同均值和载

２Sa２

不同幅值载荷下荷

∶∶

的　P －　S－ N　曲线幅

iSaiNij

和疲劳极限　（或值

∶∶

表　２）。

am

根据载荷谱

表　１　和完整的疲劳特性表　２，采用Ｍｉｎｅｒ　线性累积疲劳损伤理论［４］，可以估计出构件的使用寿命。方法如下：

表　１　中的　nij　表示构件在第　i 级幅值和第　j　级均值载荷下构件的工作循环次数；

表　２　中的　Nij　表示存活率为　p　时，构件在第　i 级

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