雨流计数法与概率分布拟合在疲劳寿命估算中的应用

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1、第27卷第1期广东工业大学学报V01．27No．12010年3月JournalofGuangdongUniversityofTechnologyMarch2Oi0雨流计数法与概率分布拟合在疲劳寿命估算中的应用张吉桥(广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州510006)摘要：采用雨流计数法对一桁架节点的疲劳应力谱进行统计处理，得到各应力幅与相应的应力循环数，并对该计数结果进行Weibull概率分布拟合．基于Miner线性疲劳累积损伤理论，使用雨流计数结果和概率分布拟合结果对桁架节点的疲劳寿命进行估算．结果表明，雨流计数法与概率分

2、布拟合法的联用对结构的疲劳寿命估算较为真实可靠．关键词：雨流计数法；Miner法则；Weibull概率分布；疲劳寿命中图分类号：0346．22文献标识码：A文章编号：1007—7162{2010)叭-0082-04据统计，机械的断裂事故中，80％以上是由金Weibull概率分布拟合，进而对构件的疲劳寿命进行属疲劳引起的．疲劳破坏由于没有明显的宏观塑性估算．形变，破坏十分突然，往往造成灾难性的事故，产生1雨流计数法巨大的经济损失．可以这样说，机械零件和工程构件，凡是承受的应力水平较高并循环变化，都有可能在各种疲劳计数法中，例如峰值

3、计数、量程计发生疲劳破坏．飞机、船舶、汽车、矿山机械、冶金机数、穿级计数和雨流计数等，由于雨流计数法的原理械、工程机械和起重运输机械等，其重要零件和结构与材料疲劳损伤机理相一致，计算结果比较符合实件，大多在循环变化的载荷作用下工作，疲劳是这类际，故目前在国内外被普遍采用．从计数原则上看，零件和构件的主要失效形式．雨流法与材料的应力一应变迟滞回线相一致；从疲在随机疲劳载荷作用下的机械零构件，如何精劳观点上看，它能够比较全面地反映随机载荷谱的确地确定其疲劳寿命，是科技人员十分关心的问全过程．题J．而解决定寿命的先决条件是编制出模拟结

4、构雨流计数法主要用于工程领域，特别是在疲劳实际工作情况的疲劳载荷谱及其环境谱J．结构或寿命计算中运用得非常广泛．雨流计数法简称雨机器零件所承受的疲劳载荷或疲劳应力实际上为一流法，也叫塔顶法，其计数原理如图1所示，计数规连续的随机过程．为了确定产品的使用寿命，必须进则如下．行全尺寸结构或零件的疲劳试验．然而，由于疲劳载荷的随机性，实际工作状态千变万化；并且由于加载设备条件的限制，或者为了压缩试验时间，不得不将实测载荷加以简化，简化成能反映真实情况具有代．!I表性的“典型载荷谱”或“典型应力谱”．由实测载荷数据简化为典型载荷谱的过程

5、，称为“编谱”[341．机件产生疲劳损伤的主要因素是应力幅值和应．J．力循环次数，因此应对实测的随机应力一时间历程进行不同幅值的应力循环计数．这时的计数是建立—在概率论和数理统计理论基础上的统计分析方法．本文使用雨流计数法对某装卸桥桁架节点应f力实测数据进行统计处理，并对该统计结果进行图1雨流计数法简图收稿日期：2009—12—04基金项目：广东工业大学青年教师基金资助项目(083065)作者简介：张吉桥(1980．)，男，讲师，博士，主要研究方向为固体力学第1期张吉桥：雨流计数法与概率分布拟合在疲劳寿命估算中的应用831)雨流

6、在试验记录的起点和依次在每一个峰3．0，Ap=1．520×10佗，A'p=4．325×10．值的内边开始，即从1、2、3等尖点开始．根据构件的S-N曲线，结合Miner线性疲劳累2)雨流在流到峰值处(即屋檐)竖直下滴，一直积损伤理论，计算出随机载荷作用下的疲劳损伤量，流到对面有一个比开始时最大值(或最小值)更正进而可以对构件的疲劳寿命进行估算．的最大值(或更负的最小值)为止．3应用实例3)当雨流遇到来自上面屋顶流下的雨时，就停止流动．3．1实测载荷历程的应力计数4)取出所有的全循环，并记下各自的幅度．某装卸桥桁架节点应力实测数据

7、(周期T=705)按正、负斜率取出所有的半循环，并记下各s)，如图2所示．采用雨流计数法对该疲劳应力谱中自的幅度．不同幅值的应力循环进行计数，统计结果如图36)把取出的半循环按雨流法第二阶段计数法所示．则处理并计数．用雨流计数法对载荷一时间历程进行计数处理，可得到随机载荷的应力循环的峰、谷值．2疲劳寿命估算Bd至＼R趟OOOOO加OOOO2．1疲劳累积损伤理论工程结构的疲劳破坏是材料内部疲劳损伤的逐渐累积过程，疲劳累积损伤理论给出了工程结构在疲劳载荷作用下材料内部疲劳损伤的累积规律及疲oJo203040o6070t／s劳破坏的判

8、据．尽管在过去的几十年中相继提出了图2疲劳应力谱几十个累积损伤理论，但Miner理论仍是被普遍采用的工程抗疲劳设计准则．因为从总体上讲，对于随3．2应力幅的威布尔概率分布统计机载荷作用下的疲劳寿命的预测，其他疲劳累积损将疲劳应力谱的雨流计数结果进行概率统计分伤理