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2023-09-19
疲劳应力提取方法-桥梁可靠度分析方法
【摘要】：结构细节疲劳应力循环的提取是车载作用下钢桥面板疲劳可靠度分析的一个重要步骤。下面将对疲劳应力提取常用方法——雨流计数法进行讨论。雨流计数法又称为塔顶法，是最早由美国的Matsuishi和Endo［15］两位工程师提出的主要应用于工程结构疲劳应力循环提取的方法。图8.3给出了采用雨流计数法基本原理得出的应力循环为1-4-7，2-3-2′和5-6-5′。
结构细节疲劳应力循环的提取是车载作用下钢桥面板疲劳可靠度分析的一个重要步骤。无论是通过健康监测系统提取的应力时程还是通过数值分析方法得出有限元模型中细节单元的应力时程，都需将该时程转换为一系列的应力循环。“计数法”就是将应力-时程转换为全循环和半循环的方法。下面将对疲劳应力提取常用方法——雨流计数法进行讨论。
雨流计数法又称为塔顶法，是最早由美国的Matsuishi和Endo［15］两位工程师提出的主要应用于工程结构疲劳应力循环提取的方法。该方法主要是将结构的应力-时间曲线按顺时针方向旋转90°，就得到了时间坐标轴竖直向下的图形，然后雨流由最上方开始沿着屋面（时程曲线）向下流动，记录雨滴的数量和每个雨滴的路径，就形成了应力循环。该方法在结构疲劳分析中具有很好的适用性。Downing和Socie［16］两位学者在传统雨流计数的基础上进行了简化处理，这使得雨流计数方法在结构疲劳应力提取中得到广泛的应用。图8.3给出了采用雨流计数法基本原理得出的应力循环为1-4-7，2-3-2′和5-6-5′。
图8.3 雨流计数法的基本原理
该方法的主要原理为：
（1）应力数值从点1开始沿着1～2线流动，当达到2点时即掉落，此时形成一个半循环，记录应力幅值一次。
（2）当1点达到2点时就会滴落，然后倒流到最小值，此时提取应力幅值一次，应力循环次数为半次。
（3）当遇到应力的终端时，雨流停止下流，然后重复（1）、（2）步，提取所有应力循环。
（4）针对没有雨流经过的应力时程，从最大值到最小值，遇到更小值时则停止雨流。
由图8.3可知组成应力循环的元素是应力时程的峰谷点，而曲线中非拐点不会对疲劳损伤产生影响，因此，在雨流计数之前可以对数据进行预处理。本节采用三点比较法提取应力峰值与谷值，提取步骤为：首先从原始数据中依次读取应力数据，然后依次对比应力值大小，若某个数据为极大值或极小值，则保留数据，并删除其余数据，最后将极大值和极小值依次连接。该方法应用的示意图如图8.4所示。
图8.4 谷峰方法在应力时程曲线中的应用示例
经过峰谷处理后的数据得到了大幅的压缩，节省了雨流计数的时间，同时也避免了由于健康监测系统或有限元模型中采样频率过高造成的循环数据失真的影响。
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2023-09-19
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2023-09-19
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2023-09-19
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2023-09-19
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