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關于疲勞問題的有限元分析清單

2018-10-09 21:52:43·  來源：CAE技術聯盟公眾號（ID：caejslm）  
　
疲勞破壞的原因及分類原因：應力波動引起的機械疲勞；循環(huán)載荷同高溫聯合作用引起的蠕變疲勞；循環(huán)受載部件的溫度變動引起的熱機械疲勞；零件之間的滑動和滾動接
疲勞破壞的原因及分類
原因：
  • 應力波動引起的機械疲勞；
  • 循環(huán)載荷同高溫聯合作用引起的蠕變疲勞；
  • 循環(huán)受載部件的溫度變動引起的熱機械疲勞；
  • 零件之間的滑動和滾動接觸相結合產生的接觸疲勞。
分類：
  • 高周疲勞 (high circle fatigue)：循環(huán)次數≥104周次
  • 低周疲勞 (low circle fatigue) ：循環(huán)次數≤104周次
疲勞有限元分析步驟
  1. 通過靜力學方法分析對象的應力分布；將計算的結果導入到fatigue分析模塊；
  2. 定義疲勞分析的應力/應變的類型（一般選擇Max. Abs. Principal，即主應力/應變絕對值的最大值），對應了S－N曲線中的應力S或者E－N曲線中的應變。
  3. 輸入載荷信息，即將第1步的計算結果導入，定義一個周期時間內的動載荷。
  4. 輸入材料的S－N或者E－N曲線。
   5. 定義被分析對象表面粗糙度 (surface finish)
  • No finish 不處理（即不考慮表面粗糙度對裂紋擴展的影響）
  • Polished 拋光
  • Ground 磨削
  • Good machined 好的切削表面
  • Ave machined 一般的切削表面
  • Poor machined 差的切削表面
  • Hot rolled 熱軋表面
  • Forged 鍛造表面
  • Cast 鑄造表面
  • water corroded 水腐蝕表面
  • seawater corroded 海水腐蝕表面
  6. 定義被分析對象表面處理方法(surfacetreatment)：
  • No treatment 沒有表面處理（即不考慮表面處理方式對裂紋擴展的影響）
  • Nitride 滲氮處理
  • Cold rolled 冷軋?zhí)幚?/li>
  • Shot peened 噴丸處理
  7. Fatigue分析，通過應力計算出循環(huán)次數，即壽命。
  8. 結果輸出
疲勞有限元分析步驟
應力－壽命曲線 (S－N曲線)
S－N曲線的橫坐標為循環(huán)次數N (number)，縱坐標為單軸應力S(stress)，所以S－N曲線稱為應力－壽命曲線。
試驗方法為：
  • 給試件施加單向載荷，使試件內部產生有規(guī)律的循環(huán)載荷（如正弦）；
  • 當試件失效時，記錄載荷的循環(huán)次數N；
  • 從大到小改變S值，得到不同的N值，對數據進行概率統(tǒng)計分析后即可建立S－N曲線。
應力－壽命曲線（S－N曲線）
應變－壽命曲線（E－N曲線）
E－N曲線的橫坐標為循環(huán)次數N (number)，縱坐標為應變E (strain)。所以E－N曲線也稱為應變－壽命曲線。
E－N曲線的縱坐標也可以是“剩余強度”，所謂剩余強度 (residual strength) 指含裂紋材料的靜承載能力。
試驗方法為：與S－N曲線相比，E－N曲線試驗時測量的是應變或剩余強度。
應變－壽命曲線（E－N曲線）
高周疲勞的分析方法
假設零件只發(fā)生彈性變形，所以零件的應力幅值不大。高周疲勞可以使用S－N曲線，也可以使用E－N曲線。可以考慮裂紋導致的疲勞，也可以不考慮。
作為較簡單的分析，發(fā)生高周疲勞的零件壽命一般很長或者有無限壽命，所以高周疲勞分析也稱為全壽命分析。
低周疲勞的分析方法
在循環(huán)次數較少（低周）的情況下如果會產生疲勞破壞，一般零件受到的應力較大。低周疲勞使用E－N曲線，一般不使用S－N曲線，因為在低周疲勞時應力－應變不是線性的，即通過線性關系由應力推導出的應變是不準確的。
必須考慮裂紋對疲勞的影響，所以低周疲勞分析也稱為初始裂紋法 (Crack Initiation )。
分析方法有：
  • S-W-T
  • Morrow
  • None
需要使用“塑性性能修正”(plasticitycorrection)：
  • Neuber
  • Mertens-Dittman
  • Seeger-Beste
 
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