载荷谱循环计数法的优化标题: 载荷循环计数方法简介

把一个随机的载荷时间历程简化成一系列的全循环或半循环，从而得到相应载荷幅值和循环次数的方法称为循环计数法。其实质是从构成疲劳损伤的角度出发，研究复杂的应力波形并记录某些量值的出现次数，最终对同类量值出现的次数进行累加。

常用的循环计数法可分为两类，即单参数计数法和双参数计数法。单参数计数法有穿级计数法、峰值计数法、量程计数法、程对计数法等；双参数计数法有程均计数法、过渡矩阵计数法、雨流计数法等。目前国内外广泛采用的是雨流计数法。

5.3.3.1　单参数计数法

单参数计数法只考虑载荷循环中的一个变量，直观简单但不够严密精确，既得不到载荷的频率变化信息，也没有载荷发生次序的信息。

例如穿级计数法，其原理如图5-13所示，以平均载荷为参考载荷，在参考载荷的上下设置一定的载荷水平，每次载荷时间历程曲线以正斜率穿过参考载荷及以上的载荷水平时计数一次，以负斜率穿过参考载荷以下的载荷水平时计数一次，当所有计数值已经确定时就可以组合载荷循环。

图5-13　穿级计数法

首先在所有的计数值中组合出最大的载荷循环，并消去此载荷循环所用到的计数值，然后在剩余的计数值中组合出最大的载荷循环，以此类推，直至用完所有计数值，穿级计数法形成的载荷循环如图5-14所示。

5.3.3.2　双参数计数法

双参数计数法可以记录载荷循环中均值和幅值两个参数，给出了循环的整个信息，是一种较好的计数方法。其中，雨流计数法是最典型的一种双参数计数方法，这种方法有充分的力学依据和较高的准确性，且容易编制程序，以借助计算机处理问题。

雨流计数法又称为“塔顶法”，是由英国工程师Mat- suiski和Endo提出的，距今已有50多年历史，它主要应用于工程领域，尤其在疲劳寿命计算中得到广泛运用。雨流计数法的原理如下：(www.xing528.com)

图5-14　穿级计数法形成的载荷循环

图5-15　雨流计数法计数原理图

（1）将载荷时间历程曲线顺时针旋转90°，时间坐标轴竖直向下，雨流计数法计数原理如图5-15所示。将载荷历程看作多层屋顶，假设有雨流从峰值处（即从1，2，3，…尖点）开始往下流，若无屋顶阻拦则雨滴反向继续流至端点。

（2）起始于波谷的雨流，遇到比它更低的谷值便停止；起始于波峰的雨流，遇到比它更高的峰值便停止。

（3）当雨流遇到来自上面屋顶流下的雨时，就停止流动，并构成了一个循环。

（4）根据雨滴流动的起点和终点，画出各个循环，将所有循环逐一取出来，并记录其峰谷值。（5）每一雨流的水平长度可以作为该循环的幅值。

因此，图5-15所示的计数原理图包括三个全循环和三个半循环。

5.3.3.3　单参数计数法和双参数计数法的比较

单参数计数法只考虑载荷循环中的一个变量，直观简单，在工程上应用较多，但用单参数计数法对结构进行预测计算时丢失了一些如载荷的次序和中值等有价值的参数信息，因而不够严密和精确，相比较而言，双参数计数法可以记录载荷循环中的两个参量，因此是一种较好的计数方法。