降雨量計測アルゴリズム

レインフローカウントアルゴリズムは、変動する応力の荷重シーケンスを、等価な疲労損傷を伴う一定振幅の応力反転のセットに変換することで、部品の疲労寿命を計算するために使用されます。この方法は、応力-ひずみヒステリシスサイクルで見られる材料の記憶効果をモデル化したシーケンスから、より小さな中断サイクルを順次抽出します。^{[ 1 ]}この簡略化により、疲労損傷を計算するためのマイナー則、または亀裂成長方程式を使用して亀裂増分を計算することにより、各レインフローサイクルについて部品の破壊までのサイクル数を決定することができます。^{[ 2 ]}どちらの方法も、部品の疲労寿命の推定値を与えます。多軸荷重の場合、損傷を最大化する平面に関連する一軸履歴を特定するために、臨界平面解析をレインフローカウントと組み合わせて使用​​できます。このアルゴリズムは、1968 年に遠藤達夫と松石正人によって開発されました。 ^{[ 3 ]}

レインフロー法は、応力-ひずみヒステリシスサイクルの解析から得られるサイクルと互換性があります。材料が周期的にひずみを受けると、応力とひずみの関係を示すグラフには、より小さな中断サイクルから形成されるループが現れます。より小さなサイクルの終わりに、材料は中断がなかったかのように、元のサイクルの応力-ひずみ経路を再開します。閉じたループは、材料によって散逸されるエネルギーを表します。^{[ 1 ]}

レインフローアルゴリズムは、1968年に遠藤哲也と松石正人（当時修士課程の学生）によって開発され、日本の論文で発表された。著者らによる最初の英語での発表は1974年に行われた。彼らはこの技術を米国のNE DowlingとJ. Morrowに伝え、彼らはこの技術を検証し、その使用をさらに普及させた。^{[ 1 ]}

ダウニングとソシーは、1982年に最も広く参照され利用されている雨流サイクルカウントアルゴリズムの1つを作成しました^{[ 4 ]} 。これはASTM E1049-85に多くのサイクルカウントアルゴリズムの1つとして含まれています^{[ 5 ] 。}

イゴール・リヒリクは、雨流計数法の数学的定義を与え、^{[ 6 ]}それによって負荷信号の統計的特性から閉形式の計算が可能になった。

シーケンス内のレインフローサイクルを識別するためのアルゴリズムは数多く存在します。これらのアルゴリズムはすべて閉じたサイクルを検出しますが、最終的に半閉じた残余サイクルが残る場合があります。すべての方法は、シーケンスから非転換点を除去するプロセスから始まります。疲労試験などで使用される繰り返し荷重シーケンスの場合、最大のピークから開始し、最後まで進み、開始点に戻ることで、完全に閉じたレインフローサイクルのセットを取得できます。

4点法

この方法は、隣接する4つの転換点ABCDの各セットを順番に評価します。^{[ 7 ]}

1. 点BCのペアがADの範囲内にあるか、またはADと等しい場合、それは降雨サイクルとなる。
2. ペアBCを削除し、シーケンスを最初から再評価します。
3. これ以上ペアが特定できなくなるまで続けます。

パゴダ屋根工法

この手法では、一連の仏塔の屋根を伝って流れ落ちる水の流れを考慮します。水が流れない領域は、主要な流れを阻害する降雨サイクルを特定します。

1. 時間履歴を、（引張）ピークと（圧縮）谷の連続として簡略化する。
2. 時間の歴史を、硬い板（仏塔の屋根）の型紙だと想像してみてください。
3. 用紙を時計回りに90度回転させます（一番早く上になるように）。
4. それぞれの「張力ピーク」は、パゴダを「滴り落ちる」水の源泉として想像される。
5. フローの終了が以下のいずれかの条件で発生するかどうかを調べて、ハーフサイクルの数を数えます。
   • ケース（a）時間履歴の終わりに達する。
   • ケース（b ）以前の引張ピークで始まった流れと合流する。または
   • ケース（c）反対方向の引張ピークは、半サイクルの開始点と比較して、それ以上または同等の大きさを持つ。
6. 圧縮谷についてもステップ5を繰り返します。
7. 各半サイクルに、その開始点と終了点の間の応力差に等しい大きさを割り当てる。
8. 大きさが同じ（ただし向きが逆）の半周期をペアにして、完全な周期の数を数えます。通常、いくつかの余剰半周期が存在します。

例

図2の応力履歴は、図3の引張ピークと図4の圧縮谷に簡略化される。図3の引張ピークから：

• 最初の半サイクルは引張ピーク1から始まり、より大きな引張応力ピーク3（ケースc）の反対側で終了します。その大きさは16MPa（2 - (-14) = 16）です。
• ピーク9から始まる半サイクルは、以前のピーク8からの流れによって中断されるところで終了します（ケースb）。その大きさは16MPa（8 - (-8) = 16）です。
• ピーク11から始まる半周期は時間履歴の終わりに終了します（ケースa）。その大きさは19 MPa（15 - (-4) = 19）です。

圧縮応力についても同様の半サイクルが計算され（図4）、それらの半サイクルが一致する。

• StoFloフリーウェア雨水流出サイクルカウントExcelテンプレート
• Matlab 中央雨量計数法
• WAFO（Wave Analysis for Fatiregue and Oceanography）（Matlab）
• GACフリーウェアの雨量サイクルカウント
• Vibrationdata Rainflow チュートリアルと Matlab スクリプト
• Fatpack。Pythonによる疲労解析