雨流计数法的应用ppt课件
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• 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
• 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。
1
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)。
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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
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• 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。
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
wk.baidu.com
在主自由度上
时间步长恒定
只支持简单的点点
接触
16
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）
• 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.
2
3
雨流计数法在程序中的具体实施
15
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
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
7
8
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。
9
• 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。
• 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。
4
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。
5
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。
13
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
14
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。 • 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。
10
• 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
11
• 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。
6
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)。
• 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
• 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。
1
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)。
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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
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• 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。
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
wk.baidu.com
在主自由度上
时间步长恒定
只支持简单的点点
接触
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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）
• 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.
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雨流计数法在程序中的具体实施
15
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
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
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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。
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• 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。
• 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。
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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。
5
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。
13
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
14
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。 • 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。
10
• 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
11
• 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。
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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)。