雨流计数是什么？疲劳损伤累积理论

工程实际中往往是变幅值的循环载荷，将不规则的随机载荷历程转化为一系列恒幅值循环的方法称为“循环计数法”。计数法有很多种，本节以三点法为例，展示如何从变幅值载荷中提取出恒幅值载荷。

三点法的关键步骤为:取载荷历程中的三个连续点，计算由1、2两点构成的应力差AS,=IS,-S,1及2、3两点构成的应力差AS,=1S,-S,1，如果 AS,<AS,，则1、2两点构成一个应力循环，将这两个点从应力历史中去除，将这两个点前后的点连接起来，继续进行计数，直至所有的点都构成循环。其流程如图 21-6 所示。

需要注意的是，在使用三点计数法前，需要对载荷序列进行处理，包含数据处理的雨流计数步骤如下。

1）找到载荷序列中的绝对值最大点，将该点前面所有的数据移动到数据末尾，并连接起来，这样处理后的数据第一个点和最后一个点相同，且为载荷历史中的最大点。

2）去除载荷序列中的中间点，只保留载荷历史中的峰值与谷值

3）进行三点法雨流计数，直至所有的数据点都构成循环。

疲劳损伤累积

疲劳损伤累积规律可大致归纳为以下三类:线性疲劳损伤累积理论、修正的线性疲劳损伤累积理论和非线性疲劳损伤累积理论。通用疲劳有限元分析中一般采用线性疲劳损伤累积理论，相关内容介绍如下。

线性疲劳损伤累积理论是指在循环载荷作用下，疲劳损伤是可以线性累加的，各个应力之间相互独立、互不相关，当累加的损伤达到某一数值时，试件或构件就发生疲劳破坏。线性损伤累积理论中的典型是 Palmgren-Miner 理论，简称为 Miner 理论。在 Miner 理论中，对于某一个应力幅值的循环，通过查找SN曲线可得到该应力幅值下可经历的寿命N，则在该应力幅值作用下，经过一个循环产生的损伤为D=1/N，如果有"个该应力幅值下的循环，则这几个循环产生的损伤为D=n/N，在变幅循环载荷作用下，经过雨流计数得到m个不同应力幅值的循环，则这m个不同应力幅值的循环产生的损伤为

比例加载与非比例加载

结构在受到多个外力作用时，外载在施加过程中始终保持线性关系，则认为该结构受到的载荷为比例载荷。以两个外载作用下的结构为例，分别以载荷1和载荷2为横轴和纵轴，两者在施加过程中保持线性关系，如图21-7所示。结构在比例加载作用下，应力主轴不会发生变化。在疲劳分析过程中，可以认为材料沿着固定面发生疲劳破坏，比如沿最大主应力面。

外载施加过程中结构载荷之间不再保持线性关系称为非比例加载。试验中常用的方形加载和圆形加载即为非比例加载，如图21-8所示。非比例加载时，应力主轴在加载历史过程中将发生变化比如最大主应力面在整个加载过程中会发生翻转，非比例加载下疲劳的破坏面不再容易确定，一般采用临界平面法评估所有可能破坏面的损伤，其中损伤最大的面为最终的疲劳破坏面。

图21-7 比例加载和图21-8 非比例加载

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