E-N曲線 疲勞分析的案例
E-N曲線的生成
（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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ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計
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 基于S-N曲線疲勞分析的基本問題
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
基于S-N曲線疲勞分析的基本問題
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）。
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基于hyperworks/ncode支架正弦波循環載荷/白噪聲載荷E-N疲勞壽命分析 ￥15
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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展開 保姆級教程|“貌離神合”的海工結構疲勞分析中的S-N曲線和斷裂力學方法
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。筆者對斷裂力學方法在工程上的應用十分關注，目前的主要應用有：
• 在規范層面，目前船舶行業已經對LNG Type B貨艙要求做裂紋擴展分析；
• 在海工結構（導管架平臺）工程應用層面，工程臨界分析（ECA）也經常得以應用來分析“已知”裂紋，以支持維修決策和制定檢驗方案等等, DNV-ST-0119中，對于浮式風機基礎，視斷裂力學方法為疲勞壽命計算的方法之一。
目前對于疲勞分析方法，應用S-N曲線和斷裂力學方法進行分析，無論從書本、規范還是應用都似乎分得很開，有“不相往來”的感覺。
筆者認為研究學習，理解好兩者存在的關聯，認識斷裂力學分析的一些思路和方法對更好得應用S-N曲線方法、一定程度克服其不足很有幫助。本文從工程的角度總結了一些心得體會，拋磚引玉，僅供大家參考。
寫在前面
本文的思路是從大家熟悉的S-N曲線方法入手，討論應力范圍Δσ的意義并引入應力強度因子，建立其與斷裂力學方法的聯系。再通過一個例子，互驗斷裂力學方法和S-N曲線方法的結果（附Python代碼參考）。主要參考規范DNV-RP-C203以及BS7910。
展開 在Ncode中如何創建材料的S-N疲勞曲線 ￥2
E ：彈性模量MPa。
SRI1 ：應力范圍截距值MPa。
b1 ：第一疲勞強度指數。
Nc1 ：疲勞曲線拐點值。
b2 ：第二疲勞強度指數。
SE ：對數標準差。
RR ：測試應力比。
對于這些系數我們需要進一步求解，如下：
optistruct在計算疲勞壽命仿真中的應用 ￥10
常規疲勞強度計算是以名義應力為基礎的，可分為無限壽命計算和有限壽命計算。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。
疲勞壽命仿真常用的軟件有Radioss、Optistruct、FE-safe、FE-Fatigue、Nsoft 、MSC-Fatigue等。本案例重點介紹如何在Optistruct中實現對連桿疲勞壽命預測。
展開 s-n疲勞分析錄象
s-n疲勞分析.part6.rar
s-n疲勞分析.part1.rar
s-n疲勞分析.part2.rar
s-n疲勞分析.part3.rar
s-n疲勞分析.part4.rar
s-n疲勞分析.part5.rar
EA1N 車軸疲勞裂紋的分析
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，車軸出現了裂紋并發生斷裂。針對該情況，有必要對其疲勞裂紋產生的原因進行探究分析，對于后期的疲勞試驗以及生產工藝的改進至關重要。
鑒此，本文擬通過對其原材料、鍛造過程、熱處理過程、理化性能檢驗、機加工過程以及宏觀斷口逐個進行分析排查，來找出可能導致車軸產生疲勞裂紋的不良因素，進而對其進行改進。
材料及分析方法
材料
本次車軸所采用的材料為EA1N 車軸鋼，由表1可知，該車軸鋼的化學成分完全符合EN 13261 標準的要求。
表1 EA1N 鋼的化學成分(wt%)
分析方法
對生產制造過程中的相關記錄進行檢查，包括鍛造過程、熱處理過程、機加工過程。
并從接近斷口位置的部分進行取樣，分別進行化學成分、低倍組織、力學性能、高倍組織的檢驗，取樣位置為車軸橫截面上的9 個位置，即相互垂直的兩條直徑線所在的外表層處、R/2 處，以及中心處，共計9 個點，如圖1 所示。最后對其宏觀斷口進行觀察分析。
圖1 取樣位置示意圖
結果與分析
鍛造過程
檢查車軸的鍛造記錄，記錄顯示加熱溫度為1170℃，始鍛溫度為1150℃，終鍛溫度為850℃，鍛后空冷。鍛造過程均滿足工藝要求。
熱處理過程
檢查車軸的熱處理記錄，記錄顯示正火加熱溫度為880℃，空冷。熱處理過程均滿足工藝要求。
機加工過程
檢查車軸的機加工記錄，并重新對數控程序坐標點進行核算，數控程序走刀軌跡沒有問題。對斷裂車軸的各關鍵部位進行檢查，各部位尺寸均滿足要求。
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Ansys中S-N 疲勞分析的參數 ￥2
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。
1910年，O. H. Basquin 使用W?hler測試數據寫成了對數形式的Basquin Law，將S-N數據擬合成理論公式。
1945年，Miner推廣了Palgrem的線性損傷累積假設。
1954年，Coffin和 Manson研究了塑性變形的疲勞理論。
1968年，Tatsuo Endo 和M. Matsuishi提出了雨流計數法計算隨機振動疲勞。
通過研究歷史，可以為我們提供清晰的學習路線，如何由淺入深。
三 疲勞理論基礎
3.1 如何表示循環
展開 汽車車橋疲勞分析方案
一、 疲勞分析的意義
隨著材料性能和結構設計水平的不斷提升，當今制造業的設計理念已經超越了早期的結構安全性范疇，往往在強度滿足需求的同時，更多的需要考慮結構的疲勞效應，據統計，現代結構斷裂失效案例中，超過90%都與材料的疲勞相關，因此，在今天高速和大功率化的新產品開發制造中，其疲勞強度或疲勞壽命的設計非常重要，并且往往需要同時進行相應的試驗研究和驗證。
二、 疲勞分析的基本流程
疲勞分析一般都采用如下所述的分析流程
疲勞分析有三個要素，載荷、幾何以及材料數據，載荷歷程可根據試驗或者多體動力學分析獲得，用于具體分析區域的加載。幾何模型是疲勞分析的基礎，可通過ABAQUS，ANSYS，NASTRAN等多種有限元軟件建模分析，用于確定邊界載荷與結構內部響應的相對關系，fe-safe軟件可以和大多數的有限元軟件做接口，利用其有限元計算結果進行疲勞分析。這里的材料不同于有限元計算所需的力學屬性，而是通過大量試驗獲得的疲勞數據，一般是S-N曲線或者E-N曲線，這些數據是疲勞分析的理論依據，fe-safe提供了大量的材料數據庫，對常用材料做了精確的總結，也支持用戶自定義材料，實現新材料的分析。
在疲勞分析中這三要素缺一不可，也直接影響著疲勞分析結果的準確性。
三、 車橋耐久分析解決方案
一般來說，對于一個汽車車身或者零部件的疲勞分析是一個系統性的工程，一般需要經歷以下幾個階段。
3.1 試驗數據采集
汽車整車的耐久性試驗一般需要在耐久實驗路上進行，其路面類型主要有：比利時路、扭曲路、坑洼路、搓板路、混凝土凸塊路、橫枕木路、鹽水路、泥濘路、鑄鐵餅路、石塊路、卵石路、瀝青混凝土路，水泥混凝土路等，常見的采集點如下圖所示。
展開 基于hyperworks/ncode支架正弦波循環載荷/白噪聲載荷S-N疲勞壽命分析 ￥15
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。
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位移云圖
S-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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