虚拟疲劳试验(class)

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1、虚拟疲劳试验虚拟疲劳试验大连交通大学兆文忠2005年6月主要内容1.虚拟疲劳试验的目的及意义2.虚拟疲劳试验的技术路线（基于BS或IIW标准）3.关键技术——虚拟动应力换算1）等幅变换2）变幅变换4.工程应用实例大连交通大学1虚拟疲劳试验的目的及意义1.虚拟疲劳试验的目的及意义在没有物理样机/样本的产品设计阶段，基于以有限元数值仿真为内核的虚拟样机技术及相关的数据库，在计算机中对产品结构进行疲劳寿命预测，并可以基于数值模型进行任意次数的设计方案对比修改，以最短的周期、最低的成本支持产品结构抗疲劳设计

2、。关键词：虚拟样机；有限元；数据库；疲劳寿命预测；方案对比大连交通大学1虚拟疲劳试验的目的及意义（1）疲劳试验台的工作方式----CW-2构架疲劳加载大连交通大学1虚拟疲劳试验的目的及意义（2）疲劳试验台的工作方式-----出口巴基斯坦构架疲劳加载大连交通大学1虚拟疲劳试验的目的及意义（3）疲劳试验台的工作方式----提速货车抗菱交叉杆疲劳加载大连交通大学2虚拟疲劳试验的技术路线（基于BS或IIW标准）技术路线图大连交通大学2虚拟疲劳试验的技术路线（基于BS或IIW标准）关于技术路线中多载荷事件影响

3、的综合：以货车为例，牵引梁主要受车钩力影响，而靠近心盘处，不仅要考虑纵向车钩力的影响，还要考虑来自心盘垂向载荷影响。此现象称之为多载荷综合事件。工程解决对策：对于组合载荷事件（或称之为组合谱），由于：（1）很难确定各个分载荷之间的相位关系；（2）很难确定各个分载荷作用下局部应力矢量之间的关系，大连交通大学2虚拟疲劳试验的技术路线（基于BS或IIW标准）因此，可用下式综合：I1111=++KK=å综合寿命寿命1寿命2i=1寿命i或者：1综合寿命=I1åi=1寿命i式中，寿命i为第i个分载荷作用下的寿命

4、。（此现象类似于并联电路电阻的算式）它表明:综合载荷作用下的寿命永远小于(min(寿命i))。大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算1）等幅变换（1）有限元建模并求解（事先考虑精细网格）；（2）选择被评估的位置（例如，某一焊缝）；（3）拾取该位置上某一载荷作用下的最大主应力（如果是板壳单元，在距焊缝最近的结点上拾取其平均值；如果用三维块体元模拟焊缝，也应在距焊趾最近的结点上拾取平均值）；（4）求动载荷（例如，疲劳试验机上拟加的动载荷）与（3）中静载荷变化比例；（5）将该比例作用于（3）中的应力值，

5、即得虚拟动应力；（6）求应力变化范围：Ds=s-smaxmin大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算2）变幅变换大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算（1）变换细节同前（2）变换后需要雨流计算编谱，例如：e雨流计数直方图（分级1MPa）大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算3）从线路动应力贴片测试结果折算为用于疲劳试验加载的等幅应力（1）原则如果两个事件损伤相等，则认为两个事件互相等效。通常将变幅事件等效为一个等幅事件。（2）换算公式由等参数S-N曲线方

6、程：mN·s=C——————————（1）式中，m与C为材料常数。由式（1），可以得到：大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算mmN·s=N·s————————————（2）ii0eq式（2）中，N0为常幅当量应力s0的失效循环次数。由迈纳尔法则：Inåi=1—————————（3）i=1Nims式（3）分子与分母同乘以i，得：Imnsiiå=1mi=1Nisi—————————（4）将式（2）代入到式（4），得：Imnsiiå=1—————————（5）mi=1N0seq大连交通大学3关键技术—

7、—虚拟动应力换算由式（5），于是得：I11ms=(ns)m————————（6）eqåiiN0i=1如果等参数S-N曲线中应力为应力范围，则上述推导过程仍成立，于是有：I11mDs=(ånDs)m————————（7）eqiiN0i=1式（6）或（7）的物理解释：在一个全寿命历程内，应力分量致使的疲劳损伤和等于某一个应力致使的疲劳损伤，该应力即为等效损伤应力。上述解释对用应力范围表示的S-N曲线亦成立。大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算注意：当获得的损伤小于1时，例如：从大连至北京进行了一次动

8、应力测试，如果大连至北京距离为l=1000KM,而设计寿命L=1200万KM，那么其损伤比为：l0.1=L1200如果利用大连至北京线路动应力测试结果推算疲劳试验机上的1200万KM寿命要求下的加载，将（4）式中的损伤比改为l，修改/L后，得等效应力幅如下：I1LmDs=(ånDs)meqiilN0i=1大连交通大学3关键技术——虚拟动应力换算4）对于双斜率的S-N曲线，由迈纳尔损伤累积，也可以根据累积损伤等效原则求其等效应力：1m1(m1-m2)m2m[å(niDs