雨流计数法

建筑学术语

雨流计数法是20世纪50年代由英国的两位工程师M.Matsuishi和T.Endo提出来的。该计数法的主要功能是把实测载荷历程简化为若干个载荷循环，供疲劳寿命估算和编制疲劳试验载荷谱使用。它以双参数法为基础，考虑了动强度(幅值)和静强度(均值)两个变量，符合疲劳载荷本身固有的特性。雨流计数法主要用于工程界，特别在疲劳寿命计算中运用非常广泛。

来源

雨流计数法又可称为“塔顶法”,是由英国的Matsuiski和Endo 两位工程师提出的, 距今已有50 多年。雨流计数法主要用于工程界, 特别在疲劳寿命计算中运用非常广泛。把应变-时间历程数据记录转过90°,时间坐标轴竖直向下, 数据记录犹如一系列屋面, 雨水顺着屋面往下流, 故称为雨流计数法。雨流计数法对载荷的时间历程进行计数的过程反映了材料的记忆特性，具有明确的力学概念，因此该方法得到了普遍的认可。

原始定义

雨流计数法的执行基于材料的应力一应变行为，可以用如图1所示加以说明。当材料从a变形至b，将遵循循环应力-应变曲线所描述的路径。在b点，载荷反向加载，材料弹性卸载至c点。当载荷从c到d再次加载时，材料弹性地变形至b(材料记忆了之前的a到b的加载历史)，随后继续沿路径a到d继续变形，就像b到c之间的事件从没发生过一样。

通常测量到的随机应力S(t)可能由很多峰组成．这给结构承受的循环次数的确定造成了困难。如图2所示的是随机应力数据的一个实例。

对峰值进行计数就有可能构成随机应力的峰值频率曲线，这个频率曲线随后可以转化为应力频谱。此应力频谱作为一个时间的函数，是随机应力特征幅静态分布的表征。

雨流计数法简称雨流法，也称宝塔屋顶法。如图2所示，时间轴垂直，随机应力S(t)代表一系列屋顶，雨流由屋顶流下。

随机应力的起始点置于随机应力最大峰值的横坐标处。雨滴在峰值点持续释放出。可以看出，屋顶在轴的右边时，屋檐就在轴的左边。

基本计数规则

（1）雨流依次从载荷时间历程的峰值位置的内侧沿着斜坡往下流；

（2）雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；

（3）雨流遇到上面流下的雨流时，必须停止流动；

（4）取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；

（5）将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数。计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。

举例说明

如图4所示，雨流法从1点开始，该点认为是最小值。雨流流至2点，竖直下滴到3与4点幅值间的2ˊ点，然后流到4点，最后停于比1点更负的峰值5的对应处。得出一个从1到4的半循环。下一个雨流从峰值2点开始，流经3点，停于4点的对面，因为4点是比开始的2点具有更正的最大值，得出一个半循环2-3。第三个流动从3点开始，因为遇到由2点滴下的雨流，所以终止于2ˊ点，得出半循环3-2ˊ。这样，3-2和2-3就形成了一个闭合的应力-应变回路环，它们配成一个完全的循环2′-3-2。

下一个雨流从峰值4开始，流经5点，竖直下滴到6和7之间的5ˊ点，继续往下流，再从7点竖直下滴到峰值10的对面，因为10点比4点具有更正的最大值。得出半循环4-5-7。

第五个流动从5点开始，流到6点，竖直下滴，终止于7点的对面，因为7点比5点具有更负的极小值。取出半循环5-6。第六个流动从6点开始，因为遇到由5点滴下的雨滴，所以流到5ˊ点终止。半循环6-5与5-6配成一个完全循环5ˊ-6-5，取出5ˊ-6-5。

第七个流动从7点开始，经过8点，下落到9-10线上的8ˊ点，然后到最后的峰值10，取出半循环7-8-10。第八个流动从8点开始，流至9点下降到10点的对面终止，因为10点比8点具有更正的最大值。取出半循环8-9。最后一个流动从9点开始，因为遇到由8点下滴的雨流，所以终止于8ˊ点。取出半循环9-8ˊ。把两个半循环8-9和9-8ˊ配对，组成一个完全的循环8-9-8ˊ。

这样，图4所示的应变一时间记录包括三个完全循环8-9-8ˊ,2-3-2ˊ，5-6-5ˊ和三个半循环1-2-4，4-5-7，7-8-10。图4表明，雨流法得到的应变是与材料应力-应变特性相一致的。从图4中看出，有三个完全的循环，与此对应，在图5中有三个阴影线所示的闭合回路。

雨流法的要点是载荷-时间历程的每一部分都参与计数，且只计数一次，一个大的幅值所引起的损伤不受截断它的小循环的影响，截出的小循环迭加到较大的循环和半循环上去。因此可以据累计损伤理论，将等幅实验得到的S-N曲线和雨流法的处理结果输入电子计算机，进行构件的疲劳寿命估算便能得出较满意的结果。

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