关于疲劳问题的有限元分析清单

                                                                                                  


1、疲劳破坏的原因及分类
原因：

• 应力波动引起的机械疲劳
• 循环载荷同高温联合作用引起的蠕变疲劳
• 循环受载部件的温度变动引起的热机械疲劳
• 零件之间的滑动和滚动接触相结合产生的接触疲劳
  ( s2 y( S, ^0 x9 x* M2 e; @' d

分类：
: z% ~2 m4 q" m, B  a; M/ n, J4 Q

• 高周疲劳(high circle fatigue)：循环次数≥104周次
• 低周疲劳(low circle fatigue) ：循环次数≤104周次
  

2、疲劳有限元分析步骤：
8 T; }5 e: n; ~' {

• 通过静力学方法分析对象的应力分布；将计算的结果导入到fatigue分析模块；
• 定义疲劳分析的应力/应变的类型(一般选择Max. Abs. Principal，即主应力/应变绝对值的最大值)；对应了S－N曲线中的应力S或者E－N曲线中的应变。
• 输入载荷信息，即将第1步的计算结果导入；定义一个周期时间内的动载荷。
• 输入材料的S－N或者E－N曲线
• 定义被分析对象表面粗糙度(surface finish)
  ; t6 ~8 Q# x; S2 r8 Q( {

No finish 不处理（即不考虑表面粗糙度对裂纹扩展的影响）
Polished 抛光
$ u1 j7 |( W2 U' B) QGround 磨削
4 v1 j* t" {0 l6 n+ B: E7 t" V0 BGood machined  好的切削表面
/ y" M% l; |6 y: A/ `6 M, dAve machined  一般的切削表面
) x$ d! _9 ~, K0 U+ d; HPoor machined  差的切削表面
, b1 G9 D; u) l3 z0 X- p/ oHot rolled 热轧表面
Forged  锻造表面
Cast 铸造表面
7 B3 W  B  k* qwater corroded  水腐蚀表面
+ u' n9 y5 X  Z7 |# Sseawater corroded   海水腐蚀表面
6.定义被分析对象表面处理方法(surfacetreatment)
) M- `) J( \- hNo treatment   没有表面处理（即不考虑表面处理方式对裂纹扩展的影响）
Nitride 渗氮处理
9 M& t7 q' M2 V. A. XCold rolled 冷轧处理
Shot peened 喷丸处理
$ A( D: d$ |$ G0 F+ V* Y7 Q7.Fatigue分析，通过应力计算出循环次数，即寿命。
- }# Q$ O+ \) S8.结果输出
5 `8 d2 ?4 I+ y- P4 `: N8 ~疲劳有限元分析步骤

/ ^1 n' K1 F) w) h* h


$ E9 Y8 z* Q& Z7 [8 F4 `- T" @3、应力－寿命曲线（S－N曲线）

• S－N曲线的横坐标为循环次数N(number)，纵坐标为单轴应力S(stress)；所以S－N曲线称为应力－寿命曲线。
• 试验方法为：给试件施加单向载荷，使试件内部产生有规律的循环载荷(如正弦)；当试件失效时，记录载荷的循环次数N；从大到小改变S值，得到不同的N值，对数据进行概率统计分析后即可建立S－N曲线。
•         应力－寿命曲线（S－N曲线）
  ) \3 ]% g' K0 X' @7 ]) B

( U! c$ s( ]% ~# f/ m/ P2 s7 }' z( w

4 d; T2 _! T- [9 ~
1 y' R) q; Q1 Z4、应变－寿命曲线（E－N曲线）

• E－N曲线的横坐标为循环次数N(number)，纵坐标为应变E(strain)。所以E－N曲线也称为应变－寿命曲线。
• E－N曲线的纵坐标也可以是“剩余强度”，所谓剩余强度(residual strength)指含裂纹材料的静承载能力。
• 试验方法为：与S－N曲线相比，E－N曲线试验时测量的是应变或剩余强度。
• 应变－寿命曲线（E－N曲线）
  

8 |. b# V& ~5 ], T  f$ D5、高周疲劳的分析方法
( e# y( D, U3 b7 ]# N+ W

• 假设零件只发生弹性变形，所以零件的应力幅值不大。
• 高周疲劳可以使用S－N曲线，也可以使用E－N曲线。
• 可以考虑裂纹导致的疲劳，也可以不考虑。
• 作为较简单的分析，发生高周疲劳的零件寿命一般很长或者有无限寿命，所以高周疲劳分析也称为全寿命分析。
  + G- f3 f$ B' M6 W4 a! I% A2 `

; |6 [; U  C0 z3 r3 x: i3 b6、低周疲劳的分析方法
. F) x% D5 @0 n, A' m3 [8 m

• 在循环次数较少(低周)的情况下如果会产生疲劳破坏，一般零件受到的应力较大。
• 低周疲劳使用E－N曲线，一般不使用S－N曲线，因为在低周疲劳时应力－应变不是线性的，即通过线性关系由应力推导出的应变是不准确的。
• 必须考虑裂纹对疲劳的影响，所以低周疲劳分析也称为初始裂纹法(Crack  Initiation )。
• 分析方法有：
  $ b3 T6 R+ R; q; Q8 x

S-W-T
0 A2 m0 _* J8 O; s& l" ~Morrow
8 @3 f3 F* U  C, [None
5.需要使用“塑性性能修正”(plasticitycorrection):
Neuber
Mertens-Dittman
Seeger-Beste

, H7 ]3 b# P9 L* o2 O
: u, u! ~, z( }3 V               

感谢！正好用来学习