1、雨流計數(shù)法在風力發(fā)電機組疲勞壽命計算中的應用摘 要：本文圍繞疲勞壽命計算和雨流計數(shù)法展開，詳細介紹了對雨流計數(shù)原理的理解步驟，對疲勞壽命計算流程做了一個整體的概括，本文旨在講述雨流計數(shù)法統(tǒng)計全循環(huán)的步驟。風電材料設(shè)備關(guān)鍵詞： 雨流計數(shù)法 風力發(fā)電機組 疲勞壽命中國1引文眾所周知，風力發(fā)電在我國取得了長足的發(fā)展和進步。 但是，目前我國還沒有完善的技術(shù)標準和認 證體系。風電產(chǎn)品的質(zhì)量是風電設(shè)備制造企業(yè)的生命線，而建立標準和開展產(chǎn)品檢測認證則是保障風電設(shè)備質(zhì)量的有效手段。因此，我國急需健全、完善和提高風電技術(shù)標準和檢測認證體系，為風電設(shè) 備的質(zhì)量提供保障和監(jiān)督。由此可見，建立我國自主的風電機組評價體

2、系和產(chǎn)品的認證機構(gòu)就顯得尤 為重要。建立這些除了需要必要的財力物力之外，還必須要有大批量的掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計、載荷評估、壽 命計算、熱力學、振動學等知識的技術(shù)人員。國1腰勞壽畬計算31接明麗3題機荷時閱歷IB型餞2疲勞壽命計算結(jié)構(gòu)設(shè)計計算或者評估一般要進行極限強度計算、疲勞壽命計算、振動分析、熱平衡計算等。本文主 要圍繞疲勞壽命計算敘述，根據(jù)所進行的分析以及所必須的已知條件， 可以把疲勞壽命計算的步驟歸 納為以下流程圖1。疲勞壽命計算根據(jù)載荷譜不同可分為三種情況：包幅載荷作用下的疲勞壽命計 算可以直接利用S-N曲線；變幅載荷下的疲勞壽命計算可以運用MINER理論進行等效計算；隨機載荷是個比較復雜的情

3、況，首先要將其轉(zhuǎn)化為恒幅或者變幅載荷譜，然后再進行計算。疲勞壽命計算的一般方法是：QJT先獲取相關(guān)零件的材料性能、幾何形狀、加工工藝、裝配過程和加載歷程等信息，應用有限元結(jié)構(gòu)分析技術(shù)（靜強度分析）來判斷可能發(fā)生破壞的位置（即危險點） ；然后利用軟件后處理來確定在 施載荷條件下的局部應力-應變響應；O取工作載荷譜：對于復雜的加載歷程（主要指隨機載荷歷程），可用循環(huán)計數(shù)法對載荷進行分析、處理，得出統(tǒng)計規(guī)律。1后結(jié)合零件或材料壽命曲線以及載荷譜進行疲勞壽命分析，以獲得疲勞壽命的預計值。對照分析得到的預計值和設(shè)計要求值確定是否修改設(shè)計。3 載荷譜的獲取從風場獲取的隨機載荷譜（如圖2）很不規(guī)律，且對于疲

4、勞分析來說有很多可以刪除的無效數(shù)據(jù)，必須要對其進行統(tǒng)計處理；比如用雨流計數(shù)法做統(tǒng)計處理，提取出不同幅值，不同平均應力的循環(huán)；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(shù)方法對比將在風電場所測得的隨機的、不規(guī)則的載荷時間歷程曲線或者數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)化為一系列循環(huán)的計數(shù)的方法很多，有峰值計數(shù)法、變程計數(shù)法和雨流計數(shù)法等等。峰值計數(shù)法對所有峰值的數(shù)目進行統(tǒng)計計數(shù)，這種方法夸大了載荷對零件的損傷程度，設(shè)計結(jié)果會比較保守，不利于節(jié)約成本；變程計數(shù)法（ 振幅計數(shù)法 ） 考慮了影響零件壽命的振幅因素, 但忽略了載荷的靜態(tài)分量。在波形計數(shù)的各種統(tǒng)計法中，被

5、國際上廣泛用于疲勞強度設(shè)計的是雨流計數(shù)法，它被認為最符合材料的疲勞損傷規(guī)律2 。這種方法把整個載荷時間歷程中出現(xiàn)的應力幅范圍劃分為若干個等差的應力幅級別， 然后統(tǒng)計出各級應力幅級別內(nèi)所出現(xiàn)的循環(huán)次數(shù)，從而得到載荷頻次曲線等各種形式的載荷的統(tǒng)計結(jié)果。 中國風電材料設(shè)備網(wǎng)對于雨流計數(shù)法，在很多有關(guān)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(shù)人員來說，經(jīng)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(jié)了理解雨流計數(shù)法的步驟，清晰易懂。風電材料設(shè)備3.2 雨流計數(shù)法取得隨機的時間載荷歷程曲線（舉例說明，如圖3）之后：將曲線順時針旋轉(zhuǎn)90°，把波

6、峰、波谷想象成一系列房檐，讓雨水在上面流動，根據(jù)雨流跡線來確定載荷循環(huán)；雨水起流原則：雨水依次在每個峰值或谷值的內(nèi)側(cè)（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(nèi)側(cè)（上方）開始，第二個雨流從峰2 的內(nèi)側(cè)（上方）開始，也就是說雨水在屋檐之上流起；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(shù)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(shù)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H: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

7、于3',始于波峰8的雨流止于7',始于波谷13的雨流止于10；根據(jù)上面得到的雨流的起點和終點，凡構(gòu)成一個閉合的雨流跡線的形成一個全循環(huán)，取出所有的全循環(huán)，并記錄它們的峰值或谷值。以上進行的是雨流計數(shù)的第一階段，得到的結(jié)果是一個按照雨流計數(shù)法無法繼續(xù)計數(shù)的發(fā)散收斂波，如圖5，要繼續(xù)進行計數(shù)，就需要把此波改造成使之能使用雨流計數(shù)原則的收斂發(fā)散波，并取出剩余的全循環(huán)，這就是雨流計數(shù)的第二個階段。雨流計數(shù)法的全部計數(shù)結(jié)果，等于這兩個階段計數(shù)之和3。3.3 計數(shù)程序化風電材料設(shè)備根據(jù)雨流計數(shù)原理，可以編制計算機程序完成隨機載荷時間歷程的統(tǒng)計，繼而得到載荷譜。目前運用比較廣泛的是blade

8、d 軟件，當然這只是該軟件的一項功能。風電材料設(shè)備對于做疲勞壽命分析的技術(shù)人員而言，可以運用模塊化的軟件完成載荷譜的獲??；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(shù)是非常必要的。4結(jié)論本文針對疲勞壽命計算和雨流計數(shù)法展開，詳細介紹了對雨流計數(shù)原理的理解步驟，對疲勞壽命計算 流程做了一個整體的概括，具體理論和實踐會在后續(xù)的文章中探討，希望可以對廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 人員起到拋磚引玉的作用。風電材料設(shè)備 參考文獻1王碧石，孫黎，王春秀.風力發(fā)電機齒輪箱扭力軸的疲勞分析J.機械設(shè)計與制 造,2009(9):155-157.2王宏偉，邢波，駱紅云.雨流計數(shù)法及其在疲勞壽命估算中的應用J.礦山機械，2006(