用simulation进行疲劳检查图解

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1、用simulation进行疲劳检查图解疲劳定义为“在反复载荷或可变载荷下的失败，但在单个应用程序中从未达到足以导致失败的程度”。1它是金属材料失败的最常见原因，通常也发生在其他材料中。2遗憾的是，广泛的FEA疲劳算例需要大量的时间和资源。工程师在研究疲劳时必须慎重考虑其模型中的网格尺寸。网格太大，可能会丢失重要的细节，但精细的网格可能意味着计算时间会显著增加。此外，分析师通常需要对局部区域重新划分网格，才能完全探究设计中疲劳的可能性。检查图解的作用是在静态分析之后为您快速指明可能需要进行更深入疲劳研究的地方。该图解仅使

2、用两种颜色：红色区域表示容易疲劳失效的地方，而蓝色区域表示不会出现风险的地方。然而，在进一步描述疲劳检查图解之前，疲劳的一些理论背景是必须了解的信息。疲劳发生有三个阶段：裂纹产生、裂纹延展和最终断裂。裂纹产生是一个复杂的概念；但通过计算应力值FEA会提供有关预测裂纹产生的重要信息。随后的延展和断裂都属于非线性FEA算例的课题。为了简化疲劳失效的仿真过程，FEA系统会将结果与实验测试进行比较。比较时采用的两大主导方法是：应力寿命(SN)方法和应变寿命(EN)方法。这两种方法都将已计算的应力或应变(S或E)与标准实验测试的

3、寿命(N)进行比较。对于低应力下的高周疲劳，这可以通过S-N曲线或Whler曲线来完成，如下面图3所示。疲劳检查图解的目的是运用SN方法来确定容易疲劳失效的材料区域。就此而论，它仅适用于高周疲劳。如果应力大于屈服应力，则此方法不再有效。丄OOCG应力周期敷(N)100€*071-•1W模拟碳钢疲劳数据2IZ石ds)KlatiR嵋丄O0D02丄002,高周疲劳低周疲劳图3.&N曲线.也秣为WOHLER曲线=此图提供了材料可承受的应力水平信息。但并没有说明不同载荷情形，如图4所示。交替正应力与平均正应力之比较交营应力平均正

4、应力罪均匀应力分市OO2oooOO551O51图4.交替应力分布.平均正应力分布和非均匀应力分布.图4中的蓝色/绿色曲线属于交替载荷情形。应力周期以零应力为中心在正值与负值之间等分。S-N曲线可用于此类装载顺序。不过，其他情况也很常见。许多设备都是完全在像黄色曲线表示的张力下工作的。其他一些设备是在像红色曲线表示的非均匀张力下工作的一这根本不是交替情况。在这些复杂的载荷情形中，平均应力是一个关键参数。研究表明，非零平均应力会极大地影响疲劳寿命。一般来说，张力下平均应力越大，疲劳寿命就越短。为了说明平均应力中的交替现象，

5、人们制定了可用于各种材料Goodman图表，如图5所示。GE5■于不同平均应力的平均纠正方法的GOODMAN图豪.Goodman图表根据设计中的平均应力和交替应力比较多种平均纠正方法。此处，Syt、Se、Sa、Sm和Sut分别表示张力屈服强度、忍耐极限、交替应力、平均应力和终极张力强度。作为参考，在座标轴上屈服线可与屈服强度相连，屈服强度是指塑料开始变形时所承受的应力oGerber线是一个二次非守恒方程式,有助于建立延性材料的模型。Goodman线是一种较为保守的估计方法，非常适用于脆性材料。Soderberg线甚至比

6、Goodman线还要保守，这是因为其平均应力的上界是屈服强度而不是终极强度。测试显示，疲劳失效通常发生在Goodman线与Gerber线之间区域的某个地方。因此，为了在设计中留有余地，最实际的做法是将保守的Goodman线用作Goodman图表上"疲劳一安全”区域的上界。实际上，SolidWorks软件在进行较为保守的估计时甚至更胜一筹，如下面图6所示。SySt绝对平均应力图6.绿色区域「合格"）和白色区域「需要注意J都用于在疲劳检査图解中提供通过/不通过分析。请注意此图左下方的绿色区域。此为“安全”区域一如果某节处的

7、应力属于这些边界范围之内，则检查图解会说明该节并未因疲劳而失效。此区域仅包含由Goodman线和屈服线构成的最保守组合。SolidWorks并不会只简单地采用Goodman线，而是将Sy和St之间的区域视为不安全区域，从而为设计提供额外的安全保障。在静态算例后创建疲劳检查图解时，您必须定义一些关键参数。首选参数是完全反转或基于零的载荷。这些参数可定义一些线，应力可以沿着这些线来计算，如上面图6中的绿线/红线。接着，通过定义表面粗糙度因子、载荷因子和大小因子（或通过简单指定这些因子的总数），您可以改变安全系数。将这些参数

8、中的每一个参数（范围从0到1）与材料疲劳强度相乘，可得到零部件特有的调整后疲劳强度。最后，您可以调整疲劳强度和安全系数的比例。图7显示了氧气筒的疲劳检查图解结果。图7.魚气筒疲劳检査图解结果.易疲劳区域用红色显示.若要确定氧气筒的安全，静态算例将计算由于内部压力而产生的应力场。设计师要执行的第一个检查是确保应力安全系数（y/max