蠕變疲勞的案例
熱機(jī)蠕變疲勞創(chuàng)建
熱機(jī)蠕變疲勞創(chuàng)建
1、搭建nCode DesignLife求解分析模塊工程項目連接，考慮熱與結(jié)構(gòu)分析結(jié)果引入，同時可以考慮其他相應(yīng)的結(jié)構(gòu)載荷，如圖2.1所示。
圖2.1
2、同時修訂DesignLife疲勞分析環(huán)境，如圖2.2所示。
圖2.2
3、對于SN或者EN求解引擎，需要配置“FEResultsImport?ResultsSet”細(xì)節(jié)設(shè)置“IncludeTemperatures”為True，熱機(jī)蠕變疲勞考慮溫度影響，如圖2.3所示。
圖2.3
4、對于同時考慮熱機(jī)蠕變疲勞以及應(yīng)力或者應(yīng)變疲勞分析的疲勞計算流程，需要基于SN或者EN疲勞引擎內(nèi)部二次搭建蠕變疲勞求解引擎，同時允許對于應(yīng)力或者應(yīng)變、蠕變損傷分別監(jiān)測，如圖2.1中DataValue Display Glyph。
5、如前所訴，在應(yīng)力或者應(yīng)變疲勞導(dǎo)航樹下需要添加熱機(jī)蠕變疲勞所對應(yīng)的材料、載荷通道、求解引擎、計算處理輸出等子項并進(jìn)行子項菜單配置。
展開 蠕變疲勞案例——壓力容器蠕變疲勞
1、蠕變與疲勞概念
金屬的蠕變和疲勞是兩個概念，蠕變指的是金屬在高于金屬熔點的0.3倍的環(huán)境下工作時候，即使受力的大小不變，其應(yīng)變也會持續(xù)增大，直到最后斷裂。
具體分為三個階段：
①初始蠕變或過渡蠕變，應(yīng)變隨時間延續(xù)而增加，但增加的速度逐漸減慢；
②穩(wěn)態(tài)蠕變或定常蠕變，應(yīng)變隨時間延續(xù)而勻速增加，這個階段較長；
③加速蠕變，應(yīng)變隨時間延續(xù)而加速增加,直達(dá)破裂點。應(yīng)力越大，蠕變的總時間越短；應(yīng)力越小，蠕變的總時間越長。但是每種材料都有一個最小應(yīng)力值，應(yīng)力低于該值時不論經(jīng)歷多長時間也不破裂，或者說蠕變時間無限長，這個應(yīng)力值稱為該材料的長期強(qiáng)度。
然而大家所說的疲勞這兩個字，指的則是熱應(yīng)力（熱機(jī)）的疲勞，以及溫度在其中的影響。通常情況下，蠕變和熱機(jī)疲勞往往會同時發(fā)生。因此需要將兩種損傷模型（蠕變和熱機(jī)疲勞）放在一起進(jìn)行計算。當(dāng)然Ncode中以損傷線性累計的形式進(jìn)行。如圖3和圖4所示的就是熱機(jī)疲勞需要的內(nèi)容，熱應(yīng)力以及多溫度的SN（EN）曲線。
2、蠕變計算理論與材料
我想大家已經(jīng)知道了熱應(yīng)力疲勞的相關(guān)計算理論，它和應(yīng)力疲勞理論相差無幾。所以我重點強(qiáng)調(diào)一下熱蠕變的相關(guān)計算理論。
如圖所示的是Larson-Miller的蠕變模型，現(xiàn)在就這個模型進(jìn)行講解。我們知道，蠕變極限時間是我們想要知道的一個變量，然而這個變量和應(yīng)力水平和溫度是相關(guān)的，當(dāng)然材料類型也一定是相關(guān)的，但是我們討論的時候都是針對某種特定的材料去討論的。在這個模型中，C是一個材料相關(guān)的常數(shù)，他一般在20左右。T是工作溫度，tr是極限蠕變時間。左邊的是P參數(shù)。大家一定要注意，按照常理來講，我們現(xiàn)在還差一個應(yīng)力水平這個變量，那么P參數(shù)一定是一個和應(yīng)力相關(guān)的量。
展開 基于ansys渦輪盤蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法
對于航空發(fā)動機(jī)高溫部件渦輪盤來說，蠕變失效和疲勞失效是其兩種主要的失效模式：在循環(huán)工作條件下，蠕變損傷和疲勞損傷不斷累積，并且蠕變損傷和疲勞損傷存在交互作用。因此，蠕變一疲勞損傷分析就成為渦輪盤壽命預(yù)測的重要組成部分。此外，由于金屬材料在高溫和高應(yīng)力下存在明顯的蠕變變形，從而造成渦輪盤存在應(yīng)力松弛現(xiàn)象，是否考慮應(yīng)力松弛效應(yīng)的壽命預(yù)測可能導(dǎo)致相差幾倍甚至上百倍的差別
基于ansys渦輪盤蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法.pdf
展開 關(guān)于蠕變疲勞分析
1、熱機(jī)械疲勞分析背景
?很多構(gòu)件長期在高溫條件下運轉(zhuǎn)。例如，航空發(fā)動機(jī)葉片的使用溫度高達(dá)1000℃，
?高溫對金屬材料的力學(xué)性能影響很大
?溫度和時間還影響金屬材料的斷裂形式
發(fā)電設(shè)備中的渦輪葉片
內(nèi)燃機(jī)部件
2、蠕變
當(dāng)溫度T >=( 0.3~0.5)Tm（Tm為熔點）時，金屬材料收到恒定載荷的持續(xù)作用，發(fā)生與時間相關(guān)的變形，稱為蠕變。
fe-safe蠕變疲勞分析
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汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子蠕變_疲勞耦合壽命精細(xì)分析與傳統(tǒng)方法的比較
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汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子蠕變_疲勞耦合壽命精細(xì)分析與傳統(tǒng)方法的比較.rar
蠕變疲勞分析背景
蠕變疲勞分析背景
長期經(jīng)歷高溫狀態(tài)下運轉(zhuǎn)工作的結(jié)構(gòu)，其金屬材料力學(xué)性能受高溫影響很大。當(dāng)溫度超過金屬材料熔點的約0.5倍時（Kelvin），金屬材料受到持續(xù)應(yīng)力的作用，將會發(fā)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象，稱為金屬蠕變。工程和冶金行業(yè)通常更關(guān)注于高應(yīng)力和高溫度下結(jié)構(gòu)的蠕變失效行為。
恒定溫度下，蠕變的單軸應(yīng)變與時間的關(guān)系一般可分為3個階段，如圖1.1所示。
第一階段：減速蠕變階段，應(yīng)變率隨時間減小，短時間內(nèi)完成。
第二階段：恒定蠕變階段，此階段蠕變應(yīng)變率隨加載時間的延續(xù)而保持恒定，具有常應(yīng)變率。
展開 【CAE案例】化石燃料發(fā)電廠歧管的疲勞蠕變損傷分析
圖4 冷沖擊結(jié)束后的溫度場（℃）
圖5 冷沖擊結(jié)束后的應(yīng)力分布
使用IMPR_TABLE功能以表格的形式輸出關(guān)鍵部位上的累積塑性形變結(jié)果，將兩種設(shè)計的歧管的累積塑性形變進(jìn)行對比，降溫瞬態(tài)下的塑性變形結(jié)果如圖6所示，與原本設(shè)計相比，壁厚更薄的歧管疲勞損傷更小，厚度減少20%的設(shè)計，其使用壽命增加約43%，疲勞損傷計算結(jié)果見表1。在以后的計算中將考慮包括蠕變造成的損害。為此，將之前計算的結(jié)果用于所研究的兩種設(shè)計，以確定蠕變損傷情況。最終使用疲勞-蠕變相互作用的非線性模型可以在一定的可信度下評估歧管受到該典型負(fù)載時的壽命。
圖6 減溫循環(huán)期間在塑性最大應(yīng)力的高斯積分點處累積塑性變形（%）
表1 疲勞損傷計算(Manson-Coffin曲線)
04 總結(jié)
在通用結(jié)構(gòu)仿真軟件中使用VISC_CIN2_CHAB定義的新粘彈塑性行為模型可對部件機(jī)械疲勞與蠕變行為進(jìn)行模擬，從而對其壽命進(jìn)行預(yù)測，為將來重要部件的設(shè)計與日常維護(hù)提供了新方法。本次模擬結(jié)果表明可以通過降低歧管壁厚的方法降低因冷沖擊帶來的機(jī)械疲勞現(xiàn)象。
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一款國產(chǎn)可控云端仿真平臺，結(jié)構(gòu)、流體、水動力仿真軟件場景化模塊化，支持多格式網(wǎng)格導(dǎo)入(.med、.inp、.cdb、.cgns等)和高性能并行計算，降低CAE使用門檻，拓展CAE應(yīng)用范圍，加速工業(yè)企業(yè)研發(fā)制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型。平臺支持云端CAE仿真生成工業(yè)APP，構(gòu)建完全交互式仿真社區(qū)，快速實現(xiàn)行業(yè)通用經(jīng)驗軟件化。
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展開 石化核電行業(yè)仿真咨詢與專業(yè)定制開發(fā)
系統(tǒng)啟動界面和儲罐與管道系統(tǒng)預(yù)冷過程模擬
5、專業(yè)系統(tǒng)-加氫反應(yīng)器蠕變疲勞分析系統(tǒng)
加氫反應(yīng)器是煉油行業(yè)中加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備，操作條件十分苛刻。加氫反應(yīng)器的高溫部件長期運行時，除了要承受蠕變引起的破壞之外，還要承受由于工況變化所引起的疲勞破壞，其壽命損耗是在蠕變-疲勞交互作用下的損傷累積過程。因此，在高溫強(qiáng)度研究中，了解蠕變-疲勞交互作用對高溫構(gòu)件損傷的影響并評估這種耦合效應(yīng)引起的破壞，對于壓力容器的高溫強(qiáng)度設(shè)計和安全評估來說有著重要的意義。
目前針對蠕變-疲勞耦合壽命的預(yù)測方法較多，其中Omega方法在評定蠕變壽命評估方面更具優(yōu)越性。因此，加氫反應(yīng)器蠕變疲勞分析系統(tǒng)是安世中德在全面理解ASME規(guī)范CASE 2605-1及利用ANSYS進(jìn)行有限元仿真流程的基礎(chǔ)上，通過對ANSYS軟件的定制開發(fā)而實現(xiàn)的，系統(tǒng)以ASME規(guī)范code case 2605-1為基礎(chǔ)，在ANSYS環(huán)境中開發(fā)Omega材料蠕變模型，并針對加氫反應(yīng)器的關(guān)鍵部位，進(jìn)行模型的全參數(shù)化建模，然后按照規(guī)范的要求及步驟開展蠕變疲勞分析，最終形成加氫反應(yīng)器蠕變疲勞分析計算系統(tǒng)。
加氫反應(yīng)器蠕變疲勞分析系統(tǒng)界面
6、專業(yè)系統(tǒng)-脫硫吸收塔工藝仿真分析系統(tǒng)
脫硫吸收塔是對工業(yè)廢氣進(jìn)行脫硫處理的設(shè)備，采用濕法煙氣脫硫環(huán)保技術(shù)的核心工藝都是在脫硫吸收塔內(nèi)實現(xiàn)的。通過CFD流場計算的數(shù)值仿真技術(shù)，可以準(zhǔn)確模擬脫硫過程中的換熱反應(yīng)、相變反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，成為脫硫吸收塔設(shè)計的重要手段。
安世中德針對脫硫吸收塔等環(huán)保設(shè)備，基于ANSYS Workbench平臺開發(fā)了專用脫硫吸收塔三維建模與仿真計算工具，實現(xiàn)了脫硫吸收塔的快速精確建模、高效計算與結(jié)果報告。
脫硫吸收塔仿真計算工具的優(yōu)勢體現(xiàn)在：
l 三維參數(shù)化整體建模。
展開 Fe-safe軟件功能介紹
l 包含時間相關(guān)的熱-結(jié)構(gòu)疲勞效應(yīng)(應(yīng)變率、相位關(guān)系、浸濕以及應(yīng)力松弛等)
l 相比傳統(tǒng)方法可以得到更可靠和準(zhǔn)確的疲勞結(jié)果
l 支持主應(yīng)變以及鑄鐵算法
l 允許高頻機(jī)械載荷循環(huán)疊加在熱載荷循環(huán)上
6.SIMULIA fe-safe/TURBOlife（蠕變疲勞分析包）
是用來評估蠕變損傷、疲勞損傷和蠕變-疲勞損傷的，是一個功能強(qiáng)大、全面并且易于掌握的蠕變-疲勞分析模塊，跟Abaqus軟件有直接接口，而且tigong了一套完整的材料數(shù)據(jù)庫，用戶亦可根據(jù)需要添加自己的材料數(shù)據(jù)。蠕變-疲勞算法已成功的應(yīng)用于核電站部件、電站鍋爐、燃?xì)鉁u輪葉片、汽輪機(jī)部件、汽車零部件以及渦輪增壓器葉輪的疲勞分析中。
針對蠕變和蠕變疲勞交互作用，tigong獨一無二的高級疲勞分析解決方案。
l 應(yīng)用于疲勞損傷和蠕變破壞相互作用導(dǎo)致部件壽命縮短的情況；
l 可判斷疲勞或者蠕變哪一個才是主導(dǎo)的破壞機(jī)制，進(jìn)而可以關(guān)注主要破壞機(jī)制并開展重新設(shè)計。
7.SIMULIA fe-safe TrueLoad Standalone（測試真實數(shù)據(jù)疲勞分析包）
SIMULIA fe-safe TureLoad Standalone是一個利用測試真實應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)來進(jìn)行疲勞分析的軟件包。是和Wolf Star Technologies公司聯(lián)合開發(fā)的，tigong了測試實驗和有限元結(jié)合的獨特的疲勞軟件解決方案，無縫集成到有限元分析環(huán)境，作為一種獨特的tigong相關(guān)的應(yīng)變有限元分析載荷計算工具。
展開 abaqus蠕變基本設(shè)置及雙曲正弦函數(shù)損傷蠕變本構(gòu)CREEP子程序 ￥59.9
該部分為abaqus蠕變計算基本流程
ABAQUS蠕變問題計算流程.pdf
付費部分為使用CREEP子程序建立雙曲正弦函數(shù)蠕變損傷子程序，含到達(dá)預(yù)設(shè)損傷值（假設(shè)為1.0）后終止計算，和USDFLD子程序控制材料參數(shù)（該子程序可用于損傷后的材料退化，如蠕變第三階段或者蠕變疲勞分析，若不需要場變量控制可對該部分代碼進(jìn)行刪除），相關(guān)理論請參考附件sci文獻(xiàn)。可提供關(guān)于CREEP子程序的幫助文件學(xué)習(xí)的相關(guān)指導(dǎo)
【7月25-28日 北京】壓力容器靜動強(qiáng)度評定、疲勞斷裂計算、熱應(yīng)力高溫蠕變分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性
為了讓廣大分析人員更好地掌握壓力容器的設(shè)計與計算技巧，弄清Ansys workbench壓力容器計算原理和操作技巧，特舉辦《壓力容器靜動強(qiáng)度評定、疲勞與斷裂計算、熱應(yīng)力與高溫蠕變分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性設(shè)計》高級培訓(xùn)。
本專題基于Ansys workbench平臺，立足ASME規(guī)范，同時兼顧GB-150和JB-4732壓力容器設(shè)計規(guī)范，通過大量的理論和工程實例講解，使學(xué)員在較短時間內(nèi)掌握Ansys workbench的使用方法；掌握壓力容器強(qiáng)度、疲勞、斷裂、熱應(yīng)力和高溫蠕變的Ansys workbench計算原理與計算技巧，弄清壓力容器結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)、優(yōu)化設(shè)計與可靠性計算原理并掌握其計算技巧。本專題可為壓力容器的計算仿真提供有效、可靠和全面的數(shù)值解決方案和技術(shù)支撐。詳情請參見“內(nèi)容大綱”。
二、時間地點
時間：2019年7月25日-7月28日（第一天報到，授課3天）
地點：北京
三、主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，擅長工程數(shù)值分析，14年仿真分析經(jīng)驗；仿真領(lǐng)域涉及結(jié)構(gòu)靜、動力計算，結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學(xué)，流固耦合及多物理場耦合數(shù)值模擬，轉(zhuǎn)子及多體動力學(xué)，工程傳熱與熱應(yīng)力計算，爆炸與沖擊力學(xué)，Ansys二次開發(fā)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發(fā)明專利2項。培訓(xùn)70多場次，學(xué)員上千人。
四、內(nèi)容大綱
五、報名費用
標(biāo)準(zhǔn)費用：3980元/人，食宿可統(tǒng)一安排，費用自理。
展開 【9月20-23日 北京】 nCode DesignLife+Workbench結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂
一、課程背景
結(jié)構(gòu)的損傷、疲勞與斷裂破壞是工程結(jié)構(gòu)遭受往復(fù)載荷引起結(jié)構(gòu)失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。特舉辦《ANSYS nCode DesignLife+Workbench結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂數(shù)值計算方法及其工程應(yīng)用》研修班。該研修班全面系統(tǒng)的講解ANSYS nCode DesignLife軟件疲勞、損傷計算的原理和ANSYS Workbench斷裂計算原理，軟件設(shè)置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結(jié)果的使用，應(yīng)力疲勞，應(yīng)變疲勞，多軸疲勞，蠕變疲勞，振動疲勞，斷裂參數(shù)計算，界面開裂模擬，裂紋擴(kuò)展計算，擴(kuò)展有限元，疲勞裂紋擴(kuò)展壽命分析等內(nèi)容，使學(xué)員理解損傷、疲勞和斷裂計算的相關(guān)概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內(nèi)掌握軟件的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產(chǎn)品設(shè)計與評估的能力。
二、時間及地點
2019年9月20日-9月23日 北京
（第一天報到，授課3天）
三、主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，擅長工程數(shù)值分析，14年仿真分析經(jīng)驗；仿真領(lǐng)域涉及結(jié)構(gòu)靜、動力計算，結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學(xué)，流固耦合及多物理場耦合數(shù)值模擬，轉(zhuǎn)子及多體動力學(xué)，工程傳熱與熱應(yīng)力計算，爆炸與沖擊力學(xué)，Ansys二次開發(fā)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發(fā)明專利2項。培訓(xùn)70多場次，學(xué)員上千人。
展開 熱-機(jī)械疲勞分析模塊，F(xiàn)e-safe/TMF?
熱-機(jī)械疲勞分析模塊，F(xiàn)e-safe/TMF?
1、概述
考慮浮動溫度和應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的共同影響，提供快速精確的疲勞壽命分析。可以考慮應(yīng)變率和瞬態(tài)溫度對循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)的影響，也可以考慮瞬態(tài)溫度對應(yīng)變-壽命曲線的影響，以及考慮在每個循環(huán)中的應(yīng)力和溫度的相位關(guān)系的影響，支持體積應(yīng)力放寬，該模塊還可以計算應(yīng)變老化對疲勞強(qiáng)度的影響。
對于組件同時遭受溫度和應(yīng)力交變載荷作用的組件，fe-safe/TMF?是一個理想疲勞分析模塊，例如實現(xiàn)以下組件的熱-機(jī)械疲勞分析：
?
活塞；
?
排氣管；
?
汽缸蓋；
?
與蠕變疲勞交互作用不顯著的組件。
2、功能介紹
當(dāng)存在應(yīng)力和溫度波動時，產(chǎn)生熱-機(jī)械疲勞：
?
包含時間相關(guān)的熱-結(jié)構(gòu)疲勞效應(yīng)（應(yīng)變率、相位關(guān)系、浸濕以及應(yīng)力松弛等）；
?
相比傳統(tǒng)方法可以得到更可靠和準(zhǔn)確的疲勞結(jié)果；
?
支持主應(yīng)變以及鑄鐵算法；
?
允許高頻機(jī)械載荷循環(huán)疊加在熱載荷循環(huán)上。
3、案例分析
（1）活塞疲勞裂紋
其中，第一幅圖是活塞實際的裂紋破壞情況，詳細(xì)反映了疲勞裂紋的位置，初始裂紋位置等信息；第三幅圖是疲勞斷面的形狀；第二幅圖是用Fe-safe熱機(jī)械疲勞模塊進(jìn)行疲勞分析后得到的壽命云紋圖，參照第一幅圖裂紋的位置和形狀，可以看出，通過Fe-safe熱-機(jī)械疲勞模塊對活塞進(jìn)行疲勞分析，可以準(zhǔn)確地得到初始裂紋的位置等信息，對產(chǎn)品的設(shè)計與優(yōu)化起到非常大的指導(dǎo)作用。
展開 SIMULIA Fe-safe在復(fù)雜環(huán)境下的疲勞仿真優(yōu)勢——車輛機(jī)架疲勞壽命分析案例
SIMULIA Fe-safe在復(fù)雜環(huán)境下的疲勞仿真優(yōu)勢——車輛機(jī)架疲勞壽命分析案例
達(dá)索Fe-safe是一款耐久性分析軟件，專門用于有限元模型的疲勞分析。它是由達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systèmes）提供的SIMULIA 3D軟件套件的一部分。Fe-safe能夠直接連接所有主要的FEA套件，如Abaqus、ANSYS、Nastran（MSC、NEi、NX）和Pro/Mechanica。它專注于基于現(xiàn)代多軸應(yīng)力的疲勞方法，并且是市場上最專業(yè)的疲勞分析軟件之一。Fe-safe適用于熱機(jī)械疲勞和蠕變疲勞、橡膠材料以及針對焊接接頭的 Verity 結(jié)構(gòu)應(yīng)變方法。功能專為滿足要求最嚴(yán)苛的行業(yè)應(yīng)用而開發(fā)，能夠提供準(zhǔn)確、可靠的多軸疲勞分析，無論載荷和模型的復(fù)雜度如何。
下面是SIMULIA Fe-safe在對車輛機(jī)架及轉(zhuǎn)向節(jié)的過載疲勞分析案例
在機(jī)架模擬過程中，由于該機(jī)架為懸掛系統(tǒng)的一部分，上端連接于彈簧，路面行駛時下端受載。測試路面較復(fù)雜。
在經(jīng)過加速的模擬實驗中，該機(jī)架在相當(dāng)于行駛41000公里時出現(xiàn)明顯的裂紋。FE-SAFE的計算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)在相當(dāng)于行駛27000公里時出現(xiàn)初始裂紋。考慮疲勞軟件計算的裂紋起始，這一結(jié)果與實驗吻合得非常好。而且開裂位置與實驗結(jié)果完全一樣。
在轉(zhuǎn)向節(jié)的疲勞模擬中，考慮到在車輛行駛過程中，由于路面情況復(fù)雜，常常會遇到瞬時受載過大的情況。這些瞬時的大載荷會對零件的疲勞壽命產(chǎn)生比較大的影響。因為在大載荷下，零件極容易進(jìn)入塑性工作。
由于Abaqus強(qiáng)大的非線性分析功能，以及FE-SAFE中可以采用諾伯法則(Neuber’s Rule)來考慮疲勞載荷譜上塑性效應(yīng)的影響，故本分析采用Abaqus和FE-SAFE完成。
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