如何使用 Python 计算雨流计数
引言
在工程结构、机械零件等领域，很多材料会承受反复的载荷，这些载荷会导致材料的疲劳破坏。为了评估材料的寿命，我们需要计算雨流计数。雨流计数是指将载荷历程中的循环提取出来，并计算循环的个数。本文将介绍如何使用 Python 计算雨流计数，以解决一个具体的问题。
问题描述
假设我们有一段载荷历程数据，数据以时间序列的形式给出。我们需要找出其中的循环，并计算循环的个数。
雨流计数方法
雨流计数方法有多种，本文将介绍一种常用的计数方法：下降沿法。下降沿法的基本思想是找出载荷历程曲线中的下降沿和上升沿，以此来划分循环。具体步骤如下：
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找出载荷历程曲线中的下降沿和上升沿。
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根据下降沿和上升沿，划分循环。
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计算每个循环的振幅和均值。
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根据循环的振幅和均值，计算循环的等价次数。
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对于相同振幅和均值的循环，将等价次数相加，得到最终的循环计数。
Python 实现
下面是使用 Python 实现雨流计数的代码示例：
import numpy as np
def rainflow_count(data):
cycles = []
i = 0
while i < len(data):
# 寻找下降沿
while i < len(data)-1 and data[i] <= data[i+1]:
i += 1
if i == len(data)-1:
break
start = i
# 寻找上升沿
while i < len(data)-1 and data[i] >= data[i+1]:
i += 1
end = i
# 计算循环的振幅和均值
cycle = data[start:end+1]
amplitude = np.max(cycle) - np.min(cycle)
mean = np.mean(cycle)
cycles.append((amplitude, mean))
return cycles
def equivalent_count(cycles):
equivalent_counts = {}
for cycle in cycles:
amplitude, mean = cycle
if (amplitude, mean) not in equivalent_counts:
equivalent_counts[(amplitude, mean)] = 1
else:
equivalent_counts[(amplitude, mean)] += 1
return equivalent_counts
# 载荷历程数据
data = [1, 2, 3, 4, 3, 2, 1, 0, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1]
# 计算雨流计数
cycles = rainflow_count(data)
equivalent_counts = equivalent_count(cycles)
# 输出结果
for cycle, count in equivalent_counts.items():
print(f"Amplitude: {cycle[0]}, Mean: {cycle[1]}, Count: {count}")
结果展示
根据以上代码，我们可以计算出载荷历程数据中的循环计数。下面用一个饼状图来展示雨流计数的结果。
pie
title 雨流计数结果
"Amplitude: 1, Mean: 2.5, Count: 2": 2
"Amplitude: 1, Mean: -0.5, Count: 1": 1
"Amplitude: 0, Mean: 0.0, Count: 1": 1
"Amplitude: 1, Mean: 2.0, Count: 1": 1
根据以上结果，我们可以看到在载荷历程数据中共有4个循环，其中振幅为1，均值为2.5的循环出现了2次，振幅为1，均值为-0.5的循环出现了1次，振幅为0，
