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關(guān)于疲勞問題的有限元分析清單

2018-10-09 21:52:43·  來源：CAE技術(shù)聯(lián)盟公眾號(hào)（ID：caejslm）  
　
疲勞破壞的原因及分類原因：應(yīng)力波動(dòng)引起的機(jī)械疲勞；循環(huán)載荷同高溫聯(lián)合作用引起的蠕變疲勞；循環(huán)受載部件的溫度變動(dòng)引起的熱機(jī)械疲勞；零件之間的滑動(dòng)和滾動(dòng)接
疲勞破壞的原因及分類
原因：
  • 應(yīng)力波動(dòng)引起的機(jī)械疲勞；
  • 循環(huán)載荷同高溫聯(lián)合作用引起的蠕變疲勞；
  • 循環(huán)受載部件的溫度變動(dòng)引起的熱機(jī)械疲勞；
  • 零件之間的滑動(dòng)和滾動(dòng)接觸相結(jié)合產(chǎn)生的接觸疲勞。
分類：
  • 高周疲勞 (high circle fatigue)：循環(huán)次數(shù)≥104周次
  • 低周疲勞 (low circle fatigue) ：循環(huán)次數(shù)≤104周次
疲勞有限元分析步驟
  1. 通過靜力學(xué)方法分析對(duì)象的應(yīng)力分布；將計(jì)算的結(jié)果導(dǎo)入到fatigue分析模塊；
  2. 定義疲勞分析的應(yīng)力/應(yīng)變的類型（一般選擇Max. Abs. Principal，即主應(yīng)力/應(yīng)變絕對(duì)值的最大值），對(duì)應(yīng)了S－N曲線中的應(yīng)力S或者E－N曲線中的應(yīng)變。
  3. 輸入載荷信息，即將第1步的計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入，定義一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的動(dòng)載荷。
  4. 輸入材料的S－N或者E－N曲線。
   5. 定義被分析對(duì)象表面粗糙度 (surface finish)
  • No finish 不處理（即不考慮表面粗糙度對(duì)裂紋擴(kuò)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(duì)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(duì)裂紋擴(kuò)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(yīng)力計(jì)算出循環(huán)次數(shù)，即壽命。
  8. 結(jié)果輸出
疲勞有限元分析步驟
應(yīng)力－壽命曲線 (S－N曲線)
S－N曲線的橫坐標(biāo)為循環(huán)次數(shù)N (number)，縱坐標(biāo)為單軸應(yīng)力S(stress)，所以S－N曲線稱為應(yīng)力－壽命曲線。
試驗(yàn)方法為：
  • 給試件施加單向載荷，使試件內(nèi)部產(chǎn)生有規(guī)律的循環(huán)載荷（如正弦）；
  • 當(dāng)試件失效時(shí)，記錄載荷的循環(huán)次數(shù)N；
  • 從大到小改變S值，得到不同的N值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析后即可建立S－N曲線。
應(yīng)力－壽命曲線（S－N曲線）
應(yīng)變－壽命曲線（E－N曲線）
E－N曲線的橫坐標(biāo)為循環(huán)次數(shù)N (number)，縱坐標(biāo)為應(yīng)變E (strain)。所以E－N曲線也稱為應(yīng)變－壽命曲線。
E－N曲線的縱坐標(biāo)也可以是“剩余強(qiáng)度”，所謂剩余強(qiáng)度 (residual strength) 指含裂紋材料的靜承載能力。
試驗(yàn)方法為：與S－N曲線相比，E－N曲線試驗(yàn)時(shí)測(cè)量的是應(yīng)變或剩余強(qiáng)度。
應(yīng)變－壽命曲線（E－N曲線）
高周疲勞的分析方法
假設(shè)零件只發(fā)生彈性變形，所以零件的應(yīng)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?？梢钥紤]裂紋導(dǎo)致的疲勞，也可以不考慮。
作為較簡(jiǎn)單的分析，發(fā)生高周疲勞的零件壽命一般很長(zhǎng)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(shù)較少（低周）的情況下如果會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，一般零件受到的應(yīng)力較大。低周疲勞使用E－N曲線，一般不使用S－N曲線，因?yàn)樵诘椭芷跁r(shí)應(yīng)力－應(yīng)變不是線性的，即通過線性關(guān)系由應(yīng)力推導(dǎo)出的應(yīng)變是不準(zhǔn)確的。
必須考慮裂紋對(duì)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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