雨流計數法在風力發電機組疲勞壽命計算中的應用

    3 載荷譜的獲取
    從風場獲取的隨機載荷譜（如圖2）很不規律，且對于疲勞分析來說有很多可以刪除的無效數據，必須要對其進行統計處理；比如用雨流計數法做統計處理，提取出不同幅值，不同平均應力的循環；得到應力幅值和均值后，選擇合適的修正方法、疲勞理論、估算方法、和S—N曲線
進行疲勞壽命計算。
    3.1 計數方法對比
    將在風電場所測得的隨機的、不規則的載荷時間歷程曲線或者數據表轉化為一系列循環的計數的方法很多，有峰值計數法、變程計數法和雨流計數法等等。
    峰值計數法對所有峰值的數目進行統計計數，這種方法夸大了載荷對零件的損傷程度，設計結果會比較保守，不利于節約成本；變程計數法(振幅計數法)考慮了影響零件壽命的振幅因素,但忽略了載荷的靜態分量。
    在波形計數的各種統計法中，被國際上廣泛用于疲勞強度設計的是雨流計數法，它被認為最符合材料的疲勞損傷規律[2]。這種方法把整個載荷——時間歷程中出現的應力幅范圍劃分為若干個等差的應力幅級別，然后統計出各級應力幅級別內所出現的循環次數，從而得到載荷——頻次曲線等各種形式的載荷的統計結果。
    對于雨流計數法，在很多有關疲勞分析的文獻中都會有所敘述，但是很多都是照搬原話，對于初步學習載荷譜的技術人員來說，經常看得是模棱兩可，一知半解。本文在查閱了諸多文獻和論文之后，總結了理解雨流計數法的步驟，清晰易懂。
    3.2 雨流計數法
    取得隨機的時間載荷歷程曲線（舉例說明，如圖3）之后：
    ①將曲線順時針旋轉90°，把波峰、波谷想象成一系列房檐，讓雨水在上面流動，根據雨流跡線來確定載荷循環；
    ②雨水起流原則：雨水依次在每個峰值或谷值的內側（相對圖3而言）或者上方（相對圖4而言）沿著斜率方向流下，如圖4所示：第一個雨流從1的內側（上方）開始，第二個雨流從峰2的內側（上方）開始，也就是說雨水在屋檐之上流起；
    ③雨流停止原則Ⅰ：凡是起流于波谷的雨流遇到比它更小的谷值（代數值）便停止，凡是起流于波峰谷的雨流遇到比它更大的峰值（代數值）便停止，如圖中的始于波谷1的雨流止于7，而始于波峰2的雨流止于止于6；雨流停止原則Ⅱ：雨流凡是遇到上層房檐留下的雨時就停止，如圖中始于波谷5的雨流止于2′，始于波峰4的雨流止于3′，始于波峰8的雨流止于7′，始于波谷13的雨流止于10′；
    ④根據上面得到的雨流的起點和終點，凡構成一個閉合的雨流跡線的形成一個全循環，取出所有的全循環，并記錄它們的峰值或谷值。
    ⑤以上進行的是雨流計數的第一階段，得到的結果是一個按照雨流計數法無法繼續計數的發散—收斂波，如圖
    5，要繼續進行計數，就需要把此波改造成使之能使用雨流計數原則的收斂—發散波，并取出剩余的全循環，這就是雨流計數的第二個階段。
    ⑥雨流計數法的全部計數結果，等于這兩個階段計數之和[3]。
    3.3 計數程序化
    根據雨流計數原理， 可以編制計算機程序完成隨機載荷時間歷程的統計，繼而得到載荷譜。目前運用比較廣泛的是bladed軟件，當然這只是該軟件的一項功能。
    對于做疲勞壽命分析的技術人員而言，可以運用模塊化的軟件完成載荷譜的獲取；但是對于做載荷譜分析和研究的人員來講，深刻理解并完全掌握雨流計數是非常必要的。