레인 플로우 카운팅 알고리즘이란? (Rainflow Counting Algorithm)

 

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레인 플로우 카운팅 알고리즘이란?

재료(Material)의 피로(Fatigue)를 분석하기 위해서 일반적으로 인장 시험기와 같은 피로 시험 장치(Fatigue testing machine)을 사용해서 일정한 응력(Stress)이나 변형률(Strain)을 반복적으로 가하고 사이클 횟수를 측정합니다. 연구소에서는 일반적으로 10~12개의 시편으로 시험을 진행하고 일반적으로 50,000,000 사이클을 가집니다.

 

하지만 현실에서 재료에 동일한 크기의 로딩을 가하는 경우는 없습니다. 다양한 크기의 힘이 재료에 가해지기 때문에 재료에 가해지는 다양한 힘을 동등한 크기(Equivalent constant amplitude)에 대한 사이클(Cycle) 횟수로 변환하는 과정이 필요 했습니다. 레인플로우 카운팅(rainflow counting)은 결국 랜덤한 Peak 로딩에 대한 Equivalent constant amplitude cycle의 변환을 위한 처리 방법입니다. 

 

 

 

위 그림은 재료에 인장력(Compression, Tension)이 가해지면서 재료가 겪는 변형율과 응력을 그래프로 표현한 그림입니다. 위 그림과 같이 히스테리 곡선을 기억하면서 재료가 움직이기 때문에 이와 같은 현상을 Material Memory라고 합니다. 

 

 

 

 

레인 플로우 카운팅 피로 사이클 추출하기

위 그림에서 닫힌 히스테리시스(Closed Hysterisis)는 하나의 사이클(Cycle)이 되고 이는 Strain 또는 Stress의 사이클로 기록 합니다. 여기서 기록 하는 방법은 아래와 같이 기록 됩니다.

 

• Max Min
• Range Min
• Range Only
• From to

일반적으로 많이 사용하는 방식은 Max Min과 Range Min인데 최근에 인장력의 방향을 알려주는 From to도 많이 사용되기 시작하였습니다.  Range Only 방식은 단순 비교를 위해 종종 사용됩니다.

 

 

카운팅의 방식으로 전통적은 파고다 지붕(Pagoda roof)는 더 이상 사용되지 않고 4 Point나 3 Point 방식으로 카운팅 합니다.

 

 

4 포인트 카운팅 (Four Point Method)

 

레인플로우 카운팅 알고리즘(rainflow counting algorithm)에서 가장 많이 사용되는 처리 방법입니다. 처리 과정은 아래와 같습니다.

By NeedsGlasses

 

1. 4개의 포인트를 지정하고 B, C 포인트가 A, D 포인트와 동일 크기거나 안에 포함될 경우 B,C를 Rainflow Cycle로 포함

2. 포함된 경우 B, C를 제거하고 다시 4개의 포인트를 설정한다.

3. 1번 조건이 만족하는 Pair가 나올때까지 계속 진행한다.