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幅值計(jì)數(shù)的目的

 

在機(jī)器壽命設(shè)計(jì)和試驗(yàn)中，用得最多的是載荷的幅值分布特性，即載荷幅值大小及其出現(xiàn)的頻次：

 

從復(fù)雜的載荷中，統(tǒng)計(jì)出不同大小幅度載荷的出現(xiàn)頻次；

 

再統(tǒng)計(jì)各種幅度載荷引起的機(jī)器損傷度。

 

幅值計(jì)數(shù)的常用方法

 

1. 峰值計(jì)數(shù)法

 

波峰波谷一齊計(jì)數(shù)（全峰值計(jì)數(shù)法），對載荷波形中落在各載荷等級(jí)中的所有峰值（波峰和波谷）的數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。這種方法記錄了載荷波動(dòng)的信息，但夸大了實(shí)際載荷時(shí)間歷程中小載荷波動(dòng)的幅值，即夸大了載荷對機(jī)件的損傷程度。因此，此計(jì)數(shù)法偏于保守。

 

波峰波谷分別計(jì)數(shù)（部分峰值計(jì)數(shù)法），分別統(tǒng)計(jì)波峰和波谷的個(gè)數(shù)，方法為全峰值計(jì)數(shù)法的變種形式，也偏于保守。

 

2. 變程計(jì)數(shù)法（振幅計(jì)數(shù)法）

 

統(tǒng)計(jì)載荷時(shí)間歷程中波峰和波谷之間的距離，它考慮了影響機(jī)件壽命的主要因素——振幅，但是忽略了載荷的靜態(tài)分量。

 

單向計(jì)數(shù)：不區(qū)分變程數(shù)據(jù)的正負(fù)，只統(tǒng)計(jì)變程的絕對值大小，統(tǒng)計(jì)范圍為0～＋X；

 

雙向計(jì)數(shù)：區(qū)分變程數(shù)據(jù)的正負(fù)，統(tǒng)計(jì)幅值范圍為－X～＋X。

 

3. 雨流計(jì)數(shù)法

 

統(tǒng)計(jì)隨機(jī)波形的循環(huán)或者半循環(huán)。這種方法的主要特點(diǎn)是，根據(jù)研究材料的應(yīng)力－應(yīng)變過程進(jìn)行計(jì)數(shù)。

 

一個(gè)變幅歷程可以簡化成一系列它的最大值和最小值所確定的半循環(huán)，因而循環(huán)和半循環(huán)完全被確定。于是，疲勞壽命可以利用累計(jì)損傷規(guī)律從等幅數(shù)據(jù)算出。

 

由于雨流法最符合材料在交變載荷下所受的應(yīng)力循環(huán)的特點(diǎn)，因此疲勞分析中多數(shù)使用此法。

 

雨流法計(jì)數(shù)方法

 

雨流的起點(diǎn)依次從每個(gè)峰值的內(nèi)側(cè)邊開始，波形左半部為內(nèi)側(cè)邊；

 

雨點(diǎn)在下一個(gè)峰值落下，直到對面有一個(gè)比開始時(shí)的峰值更大的峰值為止，即比開始時(shí)的最大值更大的值或者比最小值更小的值為止；

 

當(dāng)雨流遇到來自上面屋頂流下的雨時(shí)，也就停止；

 

按以上過程取出所有全循環(huán)，并記下各自的變程；

 

再按正負(fù)斜率去除所有半循環(huán)，并記下各自的變程；

 

把取出的半循環(huán)按修正的“變程對”計(jì)數(shù)法配成全循環(huán)。

 

疲勞損傷和SN曲線

 

例如：承擔(dān)裝卸任務(wù)的起重機(jī)、需要左右傾倒的熱軋?jiān)O(shè)備等設(shè)備。

 

設(shè)備承受低速重載的循環(huán)交變載荷時(shí)：

 

不同于靜態(tài)載荷，該載荷小于靜態(tài)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

 

不同于動(dòng)態(tài)載荷，不會(huì)發(fā)生共振等。

 

長期下去，可能導(dǎo)致疲勞損傷。

 

1. SN曲線

 

S，材料承受疲勞載荷的應(yīng)力范圍。

 

N，上述S載荷下的壽命次數(shù)。

 

2. 關(guān)于SN曲線

 

不同的材料具有不同的SN曲線，并且和焊接方式有很大關(guān)系。

 

一般SN曲線只能通過試驗(yàn)獲得，使用時(shí)可以通過查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或資料得到。

 

SN曲線為大量試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，因此計(jì)算公式中還可以設(shè)置可靠度因子。

 

DASP軟件中SN曲線參數(shù)關(guān)于分級(jí)Class的設(shè)置，就是針對不同的焊接形式。

 

S-N曲線的計(jì)算公式：

 

 

其中：Sr 為應(yīng)變幅，C0 是與材料及焊接形式有關(guān)的常量，σ 為logN 的標(biāo)準(zhǔn)差，d 為可靠度因子，m 為log Sr 對log N 的反斜率。

 

3. 疲勞測試過程：（測量動(dòng)態(tài)應(yīng)變和應(yīng)力）

 

根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況；

 

關(guān)鍵部位和應(yīng)力集中部位布置；

 

工作狀態(tài)或者模擬實(shí)際工況作業(yè)；

 

記錄各測點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)變數(shù)據(jù)。

 

 

4. 損傷度計(jì)算

 

擬合統(tǒng)計(jì)的損傷度計(jì)算。對于許多情況下，不同大小應(yīng)力幅的出現(xiàn)概率符合正態(tài)分布，若實(shí)際疲勞測試次數(shù)較少，統(tǒng)計(jì)結(jié)果可能不能完全反映真實(shí)情形，則可以對雨流統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行擬合計(jì)算，得到較為接近真實(shí)的統(tǒng)計(jì)概率分布，再進(jìn)行損傷度計(jì)算。

 

實(shí)際統(tǒng)計(jì)的損傷度計(jì)算。有些設(shè)備由于長期承受一個(gè)或幾個(gè)幅度較為固定的載荷，使得實(shí)際應(yīng)力幅并不符合正態(tài)分布或其它分布的規(guī)律，此時(shí)就需要使用實(shí)際的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行損傷度計(jì)算，而不能對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行擬合計(jì)算，否則會(huì)影響這些固定載荷對應(yīng)損傷度在總損傷度中的主導(dǎo)地位。

 

最后，采用線性累計(jì)理論，求其總和便得到結(jié)構(gòu)的總損傷度。

 

實(shí)際統(tǒng)計(jì)的疲勞統(tǒng)計(jì)表

 

擬合統(tǒng)計(jì)的疲勞統(tǒng)計(jì)表