雨流计数法的应用

• 过盈配合所致的接触分析的难点在于如何 确定初始接触状态。初始接触状态设置得
不对，会导致错误的计算结果或者不准确 的计算结果
• 因此若想通过几何来模拟过盈配合，应该 尽量细化接触面的网格，但同时也增加了 计算量。
• 另外，在进行接触分析时（尤其是可能存 在间隙的情况）建议设置两个载荷步，先 施加较小的载荷，使接触面真正接触，在 施加完全载荷进行计算。
• 峰谷值提取：顺序读入数据，计算i点数据与i1点、i+1点和i点数据的差值相乘。若积小于0， 则存储i点数据，否则读入下一点。
• 无效幅值去除：给定判断条件（如指定数据最 大差程的10%），顺序读入数据，计算计算i点 数据与i-1点、i+1点和i点数据的差的绝对值， 如果均大于等于判定条件，则存储i点数据， 否则读入下一点。
• 以时间为纵轴、载荷为横轴,重新绘制载荷-时 间图。雨流依次从每个峰或谷的上侧流下,直 到对面有个比其起点更高的峰值(或更低的谷 值)后停下；另一侧的雨流滴下就停止(图c)。
• 谷内雨流遇到上层落下的来流时立即停止(图c)。 • 记录所有全循环(图d)的峰值和均值.
雨流计数法在程序中的具体实施
• 缩减法。通过主自由度及缩减矩阵压缩问题规 模。在主自由度的位移被计算出来后，可将解 扩展到完整自由度集上。
• 模态叠加法。通过对模态分析得到的振型乘上 一定的因子然后求和来计算结构响应。
各方法的优缺点
优点 缺点
完全法
易于使用 允许各种非线性 使用完整矩阵 单一过程计算所有 结果 可以实现在实体上 加载 允许各种非线性 可得到包括瞬态、 稳态的各种响应
ANSYS中过盈配合的模拟
• 有限元中过盈配合的模拟主要有三种方法： 通过几何模拟，应用温度法模拟，通过接 触设置模拟。
• 温度法通过给零件施加不同的温度，产生 “热胀冷缩”的效应来模拟过盈。
• 这里主要讨论几何模拟和接触模拟两种方 法。
• 首先应明确有限元模型对几何模型进行了 离散化。这就使几何模型与有限元模型产 生了差异。
计算费用高
模态叠加法
速度快 模态分析单元载荷 （压力、温度、加 速度等）可用于瞬 态分析 得到更平滑、精确 的响应曲线 允许考虑模态阻尼
恒定时间步长 不能计算非线性， 只能包含简单的点 点接触 不能施加强制非零 位移
缩减法 比完全法快
需要扩展得到完整 结果 不能施加单元载荷 所有载荷必须施加 在主自由度上 时间步长恒定 只支持简单的点点 接触
通过几何模拟过盈量（左图）和通过初始偏移量模拟过盈（右图）的结 果对比
ANSYS中的动力学分析方法
• ANSYS的瞬态动力学分析方法主要有三种： • 完全法（直接积分法）。采用完整的系统矩阵
计算瞬态响应。它是三种方法中功能最强的， 可以处理各种非线性特性，如塑性、大变形、 大应变等。也是耗费资源最大的。
完全法求解瞬态动力学的问题
• 阻尼比如何确定 • 时间步长的确定，关心的响应频率如何确
定？是否只关心比激振力频率小的固有频 率就可以了？
• 是否要分别对整体模型和单隔板模型分别 进行模态分析来修正单隔板模型的边界条 件。（部分模态会丢失，影响结构的响应）
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问题和工作
• 问题 • 应用何种方法（完全法、模态叠加法） • 时间步长的确定，哪些是关心频率(Δt=1/20f) • 模型（装配体、整体分析） • 工作 • 简化模型去掉或等效接触 • 减少单元数量 • 设置合适的时间步长
雨流计数法
• 循环计数法：将不规则、随机的载荷-时间 历程转化为一系列循环的方法，称为“循 环计数法”。
• 雨流计数法是其中的一种。适合以典型载 荷谱段为基础的重复历程，简单易行，易 于计算机编程，每个波峰、波谷只计数一 次。
雨流计数法的原理
• 根据原始的时间-载荷谱图(图a)重新安排时间载荷谱,以绝对值最大的点为起点(图b)。
• 推荐通过合理设置接触参数的方法来进行过盈 配合的模拟。
• 原理：ANSYS中的初始接触状态包含两个部分， 节点间的几何位置和初始侵入量（由参数 CNOF确定）。若设置求解控制参数 KEYOPT(9)=4，则求解时将不考虑节点的几何 位置的影响。接触设置中另一参数为实常数 Icont，用来设置接触面间过盈或间隙的误差范 围。这样，通过KEYOPT(9)和Icont的合理设置 就可以通过CNOF来设定过盈量了。
雨流计数法的算法
• (1)按载荷谱顺序读入数据，直至数据完毕。 • (2)读入下一峰、谷值。若数据完毕，则停止。 • (3)若数据点数少于3，则返回(2)；若数据点数
大于三，则有最后读入的3点计算变程X和Y。 规定第一点和第二点的差的绝对值为Y，第二 点和第三点的差的绝对值为X。 • (4)比较X和Y的大小。若X<Y则返回(2)；若X≥Y， 则进行(5). • (5)将Y记做一个循环，删除与Y相应的峰谷值， 返回(3)。
• 雨流计数法在程序中的实现方法将分为数据压 缩、重新排序和循环数提取三个步骤完成。
数据压缩
• 数据压缩的目的是将原始的数据进行过滤， 使其只包含波峰波谷值。
• 数据压缩又分为等值数压缩、峰谷值提取 和无效幅值去除三步。
数据压缩的算法
• 等值数压缩：顺序读入数据，判断i点与i+1点 是否相等，若不相等则储存i点数据；若相等 则读入下一数据。