Đếm chu trình theo phương pháp dòng mưa

Hiện tượng mỏi của vật liệu kết cấu xẩy ra phụ thuộc và các yếu tố sau đây:
1) Tính chất tác động của tải trọng:
+ Tải trọng thay đổi có tính chất chu kỳ,
+ Cường độ đủ lớn để có thể gây ra mỏi,
+ Số lượng chu trình ứng suất đủ lớn;.
2) Vật liệu của kết cấu;
------------------
Như vậy để xác đinh được tuổi thọ mỏi của kết cấu, việc đếm số chu trình số gia ứng suất rất quan trọng, (tuổi thọ mỏi tỷ lệ hàm lũy thừa với ứng suất, do đó một sai số nhỏ ở việc đếm chu trình ứng suất có thể dẫn tới sai số lớn khi xác định/đánh giá tuổi thọ mỏi)
Topic giới thiệu cho AE môt phương pháp đếm chu trình ứng suất bằng phương pháp đếm giọt mưa, nội dung như sau:
----------------------
Trong nhiều trường hợp ta có thể nhận được thể hiện của ứng suất, tức là biểu đồ ghi quá trình biến đổi của ứng suất theo thời gian. Các thể hiện đó nhận được từ những đo đạc thực tế trên kết cấu thực hay trên những thí nghiệm mô hình hoặc từ kỹ thuật mô phỏng số. Khi tính toán tổn thương mỏi, cần xử lý biểu ghi này để nhận được các cặp giá trị (S[SUB]ri[/SUB], n[SUB]i[/SUB]), tức là một tập hợp ứng suất được biểu diễn trên hình đính kèm.
Vấn đề đó là đơn giản đối với quá trình điều hòa. Còn đối với quá trình ngẫu nhiên, người ta đã áp dụng các phương pháp đếm chu trình khác nhau, chẳng hạn đếm số lần cắt các mức ứng suất khác nhau, đếm số đỉnh, đếm số cực trị nằm trong một khoảng, đếm chu trình theo phương pháp dòng mưa…
Nếu quá trình là dải hẹp hoặc dải rộng vừa phải thì kết quả đếm theo các phương pháp khác nhau có sự sai lệch không đáng kể. Chỉ đối với trường hợp dải rất rộng thì việc chọn phương pháp đếm mới trở nên quan trọng. Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ ra rằng phương pháp dòng mưa cho kết quả tốt hơn, khi tính toán mỏi ở số chu trình phá hủy thấp và cả các mối hàn bị phá hủy mỏi ở số chu trình cao. Vì vậy phương pháp này được áp dụng rộng rãi cho cả các kết cấu khác.
Phương pháp dòng mưa ban đầu được dùng để đếm số lần đảo chiều trong biểu đồ ứng suất – biến dạng. Mỗi lần vòng trễ đóng kín được tính là một chu trình, và số gia tương ứng là hiệu số giữa các giá trị cực đại và cực tiểu của chu trình đó; còn mỗi lần đường đi đảo chiều không đóng kín thì được tính là nửa chu trình với số gia tương ứng. Như vậy, phương pháp này kể đến cả những chu trình nhỏ trong những chu trình lớn và do đó phản ánh được tốt hơn cách thức phản ứng của vật liệu.

Hình 1: Phương pháp đếm dòng mưa
​

Phương pháp dòng mưa được thực hiện bằng cách xoay biểu ghi thể hiện ứng suất đi 90o để trục thời gian thẳng đứng và hướng xuống dưới. Ta hình dung dòng nước mưa chảy xuôi theo các mái và đếm theo quy tắc sau (Hình trên):
Dòng mưa bắt đầu từ phía trái của một đỉnh (cực đại âm hoặc dương) hoặc từ phía phải của một đáy (cực tiểu âm hoặc dương), rồi chảy xuôi theo mái. Đến mép mái, nó sẽ tiếp tục rơi xuống từ 1 tới 5
Dòng mưa được coi là ngừng lại và hoàn thành một chu trình khi nó gặp một dòng khác từ trên chảy xuống Theo hinh 2-11, các chu trình: 2-3-2’, 5-6-5’ và 8-9-8’.
Nếu dòng bắt đầu từ một đỉnh, khi đến vị trí đối diện với một đỉnh có giá trị lớn hơn so với đỉnh xuất phát, nó được coi là ngừng lại và được đếm là nửa chu trình. Ví dụ: 1-2-4, 4-5-7 và 7-8-10.
Nếu dòng bắt đầu từ một đáy, khi đến vị trí đối diện với một đáy có giá trị (đại số) nhỏ hơn so với đáy xuất phát, nó được coi là ngừng lại và được đếm là nửa chu trình.
Kết quả được lập thành bảng. Với thể hiện đủ dài, ta cần gộp các chu trình có cùng số gia để nhận được tập hợp ứng suất (Sri, ni) xem hình trên.

 

Bổ sung thêm một số thông tin về thuật toán:
Mục đích phương pháp
Xây dựng thuật toán và chương trình số nhằm tự động hoá việc đếm số chu trình theo phương pháp dòng mưa xác định tuổi thọ mỏi kết cấu CTB.
Ưu điểm phương pháp:
Ứng dụng cho phương pháp phổ giải bài toán ứng suất có phổ dải rộng.
Khắc phục được một số nhược điểm của phương pháp phổ giải bài toán ứng suất có phổ giải hẹp khi:
1/ Tải trọng sóng không phải là quá trình ngẫu nhiên dừng chu kỳ cắt không
2/ Ứng suất biên độ không phân phối theo luật Rayleigh
3/ Số gia ứng suất không còn thỏa mãn biểu thức Sr = Smax – Smin (tức không nằm trên đường trung binh của ứng suất mà phân phối ngẫu nhiên.
4/ Áp dụng cho cả trường hợp hệ kết cấu là tuyến tính hoặc phi tuyến
Nguyên lý phương pháp:
Nguyên lý của quy trình đếm là mô tả qua một thể hiện của quá trình biến dạng pecilon, và tương ứng với nó là quỹ đạo ứng suất biến dạng (Si, pecilon) . Quỹ đạo này tạo thành những vòng trễ đóng kín hoặc hở. Mỗi vòng trễ đóng kín được tính là một chu trình, còn mỗi vòng trễ hở được tính là một nửa chu trình với gia số ứng suất tương ứng.
====================
Tổng quan về phương pháp tính mỏi sử dụng thuật toán xác định số chu trình số gia ứng suất bằng phương pháp đềm giọt mưa.

​

 

Theo phương pháp đếm dòng mưa, tác giả làm rõ thêm trên cơ sở nguyên tắc nào dùng để xác định tỷ số tổn thất mỏi và tuổi thọ mỏi trung bình của điểm nóng trong trường hợp ứng suất có độ rộng phổ bất kỳ, xét trong miền thời gian (lấy 1 thể hiện của ứng suất) ?