E-N曲線 疲勞分析
關注創建者：柯鎮惡的貓 創建時間：2020-01-18
E-N曲線 疲勞分析的實例教程
（UTS表示材料的抗拉強度）
通過本貼的方法可以計算出材料準確的循環強度系數（K）和循環硬化指數（n），提高仿真分析的準確性。
總結：
本貼講述了Optistruct自動合成E-N曲線的計算方法，給出了構成E-N曲線的6個主要參數σf 、b、c、εf 、n、K 的計算方法，幫助讀者合成自己所需的E-N曲線用于低周疲勞分析。
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C1~C6：每次可以定義6個值
圖3 FL
定義疲勞分析參數
NLOC：參考系數，自己定義，從1開始就行
NODE：節點號
SCFX，SCFY，SCFZ：集中系數
TITLE：標題
圖4 FSNODE
計算并存儲疲勞分析節點的各應力分量
NODE：節點號
NEV：事件代號
NLOD：載荷代號
圖5 FS
儲存節點應力
NODE：節點號
NEV：事件代號
NLOD：載荷代號
STITM：太長不解釋，如圖4。（很明顯，可以通過這個命令修改應力）
圖6FE
設定事件循環次數及載荷比例系數
NEV：不解釋
CYCLE：循環次數
FACT：比例系數
TITLE：不解釋
圖7 FTCALC
進行疲勞評定
本次例子中S-N曲線定義如下：
/post1
plnsol,s,eqv,0,1
FP,1,100,200,500,1e3,1500,2e3
FP,7,1e4,1e5,1e6,2e6,3e6,5e6
FP,13,6e6,7e6,8e6,9e6,10e6,11e6
FP,19,12e6,15e6
FP,21,150,120,110,100,95,90
FP,27,85,80,75,70,65,60
FP,33,55,50,45,40,35,30
FP,39,29,25
定義40個循環次數對應的應力幅度。
5 評定
提取需要評定的節點號
*set,n_num,node(100,75,0)
fl,1,n_num
fsnode,n_num,1,1,
fs,n_num,1,2,1,
fe,1,10000,2,evel
ftcalc,1
分別定義以上參數。
圖8 應力結果
圖9 疲勞評定結果
疲勞評定結果如圖8，最終使用系數為0.38045，小于1，所以疲勞強度合格。
展開 對于帶缺口的零件，其工作載荷變動較大時，在應力集中的局部區域將會發生塑性變形，此時疲勞壽命估算則要求基于應力和基于塑性應變的兩種材料疲勞性能曲線。這種方法目前還不能用于高周疲勞的壽命估算。
基于S-N曲線疲勞分析的基本問題.pdf
材料的疲勞性能一般以單軸應力－循環次數的形式表示（S－N曲線。此處不考慮基于斷裂力學的疲勞理論），應力隨時間的變化也很有規律，如正弦波、方波或脈沖等。除此之外，平均應力對疲勞性能的影響也很少考慮
（也即r=Smin/Smax!=-1的影響）。但實際的應力狀態多是多軸應力，應力變化規律性較差，并且r!=-1。如何將實際的應力（應力變化無規律，多軸，r!=-1)和實驗室測得的材料疲勞性能(應力變換有規律，單軸，r=1)
對應起來，就構成了疲勞分析的基礎和依據。
（1）平均應力影響的處理
如果有不同r值下的S-N曲線，一般采用插值方法確定未知r值下的S-N曲線。如果只有r=-1的S-N曲線，可采用如下的公式計算等效的應力（就是將r！＝－1的單軸應力轉換為r=-1時的單軸應力，即等效應力）：
（Sa/Se)+(Sm/Su)^n=1 ^為指數運算符。
其中，Sa為半應力幅值，Se為欲求的等效應力，Sm為平均應力，Su和n不同的取值，構成不同的理論：
Theory Su n
------------------------------------------------------------------
Soderberg yield stress (sy) 1
Goodman ultimate tensile stress (su) 1
Gerber ultimate tensile stress (su) 2
Morrow true fracture stress (sf) 1
-----------------------------------------------------------------
（2）多軸應力轉換為單軸應力
這個轉換其實就是采用何種應力（或分量）。
展開 靜強度分析：在hypermesh中首先將用戶界面選optistruct，然后對三維實體模型抽取中面然后進行單元網格劃分得到有限元模型，約束在螺栓孔連接處在1D面板中采用Bolt命令實現螺栓連接，零件之間的焊接單元采用1D面板中的rigid命令或者spot命令，支架的頂面采用rbe3命令一點與該面上所有的點進行耦合，權重值為1，將力施加到該點上。將材料屬性，網格劃分，約束及加載，分析步等設置好以后提交進行計算分析。其中，網格劃分時對于圓孔位置先對幾何體采用washer處理。
Vonmises應力云圖
應變云圖
E-N疲勞壽命分析：基于應力或者應變疲勞分析的損傷和壽命可以用來作為設計標準。在疲勞壽命分析部分，主要是結合前面在hyperworks中靜態強度CAE分析下的相應結果文件，導入到Ncode軟件中進行相關疲勞分析，進而得到支架在循環載荷（正弦波循環載荷/白噪聲載荷)下的疲勞壽命，從而作為工程結構改進的理論依據。
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在Ncode中創建屬于我們自己學習或工作需要用到的疲勞 S-N 曲線庫可以幫助我們節省很多時間，用到哪個材料S-N曲線就調用哪個，操作上會更方便。本次就以IIW標準中的鋁合金材料S-N曲線作為案例的設置背景 。
流程操作相對比較簡單，比較難理解的地方是數據的填寫。
主要流程大致分為三步走：
01
車軸是軌道交通機車車輛的關鍵零部件之一，其安全性直接關乎整車的安全。因此，保證車軸具有優異的性能十分必要。EA1N車軸鋼是歐洲鐵路車軸廣泛應用的一種車軸材料，EN 13261-2003 也是目前世界上最先進的車軸標準之一，對車軸的化學成分及機械性能等都做了很高的要求。我公司此次新開發車型的車軸即選用EA1N 材質。車軸作為關鍵零部件，需進行一系列型式試驗，其中就包括實物車軸疲勞試驗。
而在進行此次疲勞試驗時
應用S-N曲線方法分析海洋工程結構物的疲勞問題是目前最為常規的計算手段和設計依據。然而工程實踐表明，疲勞破壞案例占到所有結構破壞案例的大多數，遠多于屈服和屈曲，這從側面表明S-N曲線方法可能存在一定缺陷。盡管如此，S-N曲線方法因其直觀且易于工程應用的特點，相信今后一段時期內仍然是海洋工程結構物主流的計算分析方法。
我們也可看到近年來，斷裂力學方法不斷發展
一 分析背景
什么是2Nf和Nf? 什么是Kf?
如何使用Goodman等平均準則？
如何處理不同R值的材料曲線？
更重要的是需要選擇并理解疲勞參數。
本文通過S-N曲線和Ansys 分析例子結果來一一說明上述參數。
二 疲勞理論的發展歷史
1852年，August W?hler基于前人的研究，開始探索鐵軌斷裂原因，逐漸發展起來疲勞理論，并完成測試驗證。在1867年后廣為人知
本貼是Optistruct低周疲勞分析中軟件計算E-N曲線的方法
如下圖所示，Optistruct低周疲勞分析的E-N曲線由以下幾個參數構成： σf——疲勞強度系數（Fatigue strength coefficient）
b——疲勞強度指數（Fatigue strength exponent），金屬材料通常在 -0.04 ~ -0.15之間
c——疲勞延性指數
靜強度分析：在hypermesh中首先將用戶界面選optistruct，然后對三維實體模型抽取中面然后進行單元網格劃分得到有限元模型，約束在螺栓孔連接處在1D面板中采用Bolt命令實現螺栓連接，零件之間的焊接單元采用1D面板中的rigid命令或者spot命令，支架的頂面采用rbe3命令一點與該面上所有的點進行耦合，權重值為1，將力施加到該點上。將材料屬性，網格劃分，約束及加載，分析步等設置好以后提交進行計算分析
靜強度分析：在hypermesh中首先將用戶界面選optistruct，然后對三維實體模型抽取中面然后進行單元網格劃分得到有限元模型，約束在螺栓孔連接處在1D面板中采用Bolt命令實現螺栓連接，零件之間的焊接單元采用1D面板中的rigid命令或者spot命令，支架的頂面采用rbe3命令一點與該面上所有的點進行耦合，權重值為1，將力施加到該點上。將材料屬性，網格劃分，約束及加載，分析步等設置好以后提交進行計算分析
靜強度分析：在hypermesh中首先將用戶界面選optistruct，然后對三維實體模型抽取中面然后進行單元網格劃分得到有限元模型，約束在螺栓孔連接處在1D面板中采用Bolt命令實現螺栓連接，零件之間的焊接單元采用1D面板中的rigid命令或者spot命令，支架的頂面采用rbe3命令一點與該面上所有的點進行耦合，權重值為1，將力施加到該點上。將材料屬性，網格劃分，約束及加載，分析步等設置好以后提交進行計算分析
零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關，它們之間的關系可以用應力一壽命曲線（S-N曲線）和應變一壽命曲線（E-N曲線）表示。應力疲勞分析（S-N）循環應力水平低、壽命長，適用于高周疲勞；應變疲勞分析（E-N）循環應力水平高、壽命短，適用于低周疲勞。
ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計算
1 概述
疲勞是指結構在低于靜態極限強度載荷的重復載荷作用下，出現斷裂破壞的現象。絕大多數的結構都存在疲勞的問題，比如一臺定時開啟運行的設備，比如橋梁，除了載荷導致的疲勞破壞，還有溫度或者其他場載荷都能導致疲勞的產生。關系到疲勞強度的主要因素使應力幅值、循環次數、平均應力等。
疲勞的危害是導致結構在未超過許用強度的狀態下發生破壞，例如一根能夠承受
