레인플로 카운팅 알고리즘

Rainflow-counting algorithm
강우량 계산은 응력 변형 곡선에서 닫힌 사이클을 식별한다.

다양한 스트레스의 스펙트럼을 단순한 스트레스 역전의 등가 집합으로 줄이기 위해 강우량 계수 알고리즘을 피로 데이터 분석에 사용한다.이 방법은 연속적으로 스트레스-스트레인 이력 사이클로 보이는 재료 메모리 효과를 모델링하는 시퀀스로부터 더 작은 중단 사이클을 추출한다.[1]이러한 단순화를 통해 각 우천 주기에 대해 부품의 피로 수명을 결정할 수 있으며, 피로 손상을 계산하는 Miner's rule을 사용하거나 균열 성장 방정식을 사용하여 균열 증분을 계산할 수 있다.[2]알고리즘은 엔도 타츠오와 M이 개발했다.1968년 마쓰이시 씨.[3]

빗물 흐름 방법은 응력 기형 이력 사이클의 검사를 통해 얻은 사이클과 호환된다.재료가 주기적으로 변형되면 스트레인에 대한 응력 플롯은 더 작은 중단 주기에서 형성되는 루프를 보여준다.작은 사이클의 끝에서 재료는 중단이 발생하지 않은 것처럼 원래의 사이클의 응력 변형 경로를 재개한다.닫힌 루프는 물질에 의해 소멸된 에너지를 나타낸다.[1]

그림 1: 균일한 교대 하중
그림 2: 스펙트럼 하중

역사

빗물 흐름 알고리즘은 T에 의해 개발되었다.엔도와 M.마츠이시(당시 미국 유학생)는 1968년에 일본 신문에 발표되었다.저자들에 의한 첫 번째 영어 발표는 1974년이었다.그들은 이 기술을 미국의 N. E. Dowling과 J. Morrow에게 전달했고, 그들은 이 기술을 검증하고 그 사용을 더욱 대중화했다.[1]

다우닝과 소시는 1982년에 더욱 광범위하게 참조되고 활용된 빗물 흐름 사이클 카운팅 알고리즘 중 하나를 만들었는데,[4] 이 알고리즘은 ASTM E1049-85에서 많은 사이클 카운팅 알고리즘 중 하나로 포함되었다.[5]

Igor Rychlik은 빗물 흐름 계수 방법에 수학적 정의를 내렸으므로 부하 신호의 통계적 특성에서 폐쇄형 계산을 가능하게 했다.[6]

알고리즘

시퀀스 내에서 빗물 흐름 사이클을 식별하기 위한 다양한 알고리즘이 있다.이들은 모두 닫힌 사이클을 발견하며, 마지막에 반쯤 닫힌 잔여 사이클이 남아 있을 수 있다.모든 방법은 순서에서 비턴점을 제거하는 과정부터 시작한다.최대 피크에서 시작하여 끝까지 계속하여 처음부터 끝까지 감싸면서 피로 시험에서 사용하는 것과 같은 반복 부하 시퀀스에 대해 완전히 닫힌 일련의 빗물 흐름 주기를 얻을 수 있다.

사점법

4점 방법을 사용한 빗물 카운트.인접한 지점 A와 D 사이에 놓여 있는 모든 회전 지점 B,C 쌍은 빗물 흐름 사이클이다.쌍 B,C를 세어 제거하고 더 이상 사이클을 추출할 수 없을 때까지 시퀀스를 계속 처리하십시오.

이 방법은 4개의 인접한 터닝 포인트 A-B-C-D의 각 세트를 차례대로 평가한다.[7]

  1. A-D 내에 있거나 같은 점 B-C 쌍은 모두 빗물 흐름 사이클이다.
  2. 쌍 B-C를 제거하고 처음부터 순서를 다시 평가한다.
  3. 더 이상 쌍을 식별할 수 없을 때까지 계속하십시오.

파고다지붕법

이 방법은 여러 개의 탑지붕에서 아래로 흘러내리는 물의 흐름을 고려한다.물이 흐르지 않는 지역은 주 사이클의 중단으로 보이는 비 흐름 주기를 식별한다.

  1. 시간 기록을 일련의 (텐실리) 피크 및 (압축) 계곡으로 줄인다.
  2. 시간 이력이 단단한 시트(파고다 지붕)를 위한 템플릿이라고 상상해 보십시오.
  3. 시트를 시계 방향으로 90° 돌리십시오(가장 이른 시간부터 맨 위까지).
  4. 각각의 "텐실레 봉우리"는 탑을 "몰아치는" 물의 원천으로 상상된다.
  5. 다음 중 하나에 해당하는 경우 발생하는 흐름에서 종료를 찾아 하프 사이클 수를 계산하십시오.
    • 사례 (a) 시간 역사의 끝에 도달한다.
    • 케이스 (b) 초기 인장 피트에서 시작된 흐름과 병합되거나,
    • 케이스 (c) 반대쪽 인장 피크의 크기는 더 크거나 같다.
  6. 압축 계곡에 대해 5단계를 반복하십시오.
  7. 시작과 종료 사이의 응력 차이와 동일한 각 하프 사이클에 크기를 할당한다.
  8. 동일한 크기(그러나 반대쪽 감각)의 하프 사이클을 페어링하여 전체 사이클 수를 계산하십시오.전형적으로, 일부 잔여 하프 사이클이 있다.

예

그림 3: 인장 피크의 강우량 해석
  • 그림 3의 스트레스 이력은 그림 4의 최고점과 계곡으로 축소된다.
  • 첫 번째 하프 사이클은 인장 피크 1에서 시작하여 더 큰 인장 응력인 피크 3(사례 c)의 반대편에 종료되며, 크기는 16MPa(2 - (-14) = 16)이다.
  • 피크 9에서 시작하는 하프 사이클은 이전의 피크 8(사례 b)로부터의 흐름에 의해 중단되는 경우 종료된다. 그 크기는 16 MPa(8 - (-8) = 16).
  • 피크 11에서 출발하는 하프 사이클은 시간 이력(사례 a)의 끝에 종료된다. 그 크기는 19 MPa(15 - (-4) = 19).
  • 압축 응력에 대해 유사한 하프 사이클을 계산하고(그림 4) 하프 사이클을 일치시킨다.
그림 4: 압축 계곡에 대한 빗물 분석
스트레스(MPa) 전체 사이클 하프 사이클
10 2 0
13 0 1
16 1 1
17 0 1
19 0 1
20 1 0
22 1 0
29 0 1

참조

  1. ^ a b c Endo, Tatsuo; Mitsunaga, Koichi; Takahashi, Kiyohum; Kobayashi, Kakuichi; Matsuishi, Masanori (1974). "Damage evaluation of metals for random or varying loading—three aspects of rain flow method". Mechanical Behavior of Materials. 1: 371–380.
  2. ^ Sunder, R.; Seetharam, S. A.; Bhaskaran, T. A. (1984). "Cycle counting for fatigue crack growth analysis". International Journal of Fatigue. 6 (3): 147–156. doi:10.1016/0142-1123(84)90032-X.
  3. ^ Matsuishi, M.; Endo, T. (1968). "Fatigue of metals subjected to varying stress". Japan Society of Mechanical Engineering.
  4. ^ Downing, S.D.; Socie, D.F. (1982). "Simple rainflow counting algorithms". International Journal of Fatigue. 4 (1): 31–40. doi:10.1016/0142-1123(82)90018-4.
  5. ^ Standard practices for cycle counting in fatigue analysis. ASTM E 1049-85. ASTM International. 2005.
  6. ^ Rychlik, I. (1987). "A New Definition of the Rainflow Cycle Counting Method". International Journal of Fatigue. 9 (2): 119–121. doi:10.1016/0142-1123(87)90054-5.
  7. ^ Lee, Yung-Li; Tjhung, Tana (2012). "Rainflow Cycle Counting Techniques". Metal Fatigue Analysis Handbook. doi:10.1016/B978-0-12-385204-5.00003-3.

외부 링크