循環(huán)載荷
關(guān)注創(chuàng)建者：云端流水 創(chuàng)建時間：2020-03-11
循環(huán)載荷的視頻教程
ABAQUS疲勞分析專題-汽車懸置架疲勞分析-預(yù)制裂紋循環(huán)載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展-腐蝕鋼絲疲勞壽命計算等
在本模塊中，我們將使用ABAQUS進(jìn)行汽車懸置架的疲勞分析，涵蓋從幾何建模、載荷分析到疲勞評估的完整流程。通過對懸置架進(jìn)行循環(huán)載荷分析，我們將學(xué)習(xí)如何使用ABAQUS中的疲勞模塊對結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性評估，并根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化設(shè)計，以提升結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性。 預(yù)制裂紋循環(huán)載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展 本模塊將重點介紹如何在ABAQUS中模擬預(yù)制裂紋的疲勞擴(kuò)展。
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ABAQUS-拉壓循環(huán)載荷試驗?zāi)M
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了2D拉伸試樣拉壓在位移控制載荷下10個循環(huán)的過程。采用CAX4R單元，材料定義了彈性，塑性及Combined 塑性硬化參數(shù)，試樣上端耦合和參考點施加0.45的非對稱位移循環(huán)載荷，輸出參考點的力-位移循環(huán)曲線，應(yīng)力應(yīng)變云圖及相關(guān)曲線。
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循環(huán)載荷的實例教程
在疲勞壽命分析部分，主要是結(jié)合前面在hyperworks中靜態(tài)強(qiáng)度CAE分析下的相應(yīng)結(jié)果文件，導(dǎo)入到Ncode軟件中進(jìn)行相關(guān)疲勞分析，進(jìn)而得到支架在循環(huán)載荷（正弦波循環(huán)載荷/白噪聲載荷)下的疲勞壽命，從而作為工程結(jié)構(gòu)改進(jìn)的理論依據(jù)。
正弦波循環(huán)載荷下疲勞壽命分析：
損傷云圖
壽命云圖
白噪聲載荷下疲勞壽命分析：
損傷云圖
壽命云圖
具體模型及相關(guān)說明文件見附件。
展開 對于寬度較大的試樣，循環(huán)載荷下的門檻值力比單調(diào)載荷下的臨界撕裂力低一個數(shù)量級。
圖5 玻璃纖維織物在循環(huán)載荷下撕裂
4.結(jié)論
圖6 玻璃纖維織物的不同撕裂模式在力幅值-試樣寬度平面上的相圖；空心點為單調(diào)載荷下的數(shù)據(jù)點，實心點為循環(huán)載荷下的數(shù)據(jù)點。
該文章研究了循環(huán)載荷下玻璃纖維織物的撕裂，在不同的試樣寬度和力幅值下，可觀察到三種不同的撕裂模式：橫向纖維的抽出；橫向纖維的抽出和縱向纖維的斷裂；橫向纖維和縱向纖維的斷裂。
圖6中，空心方點表示單調(diào)載荷下撕裂力的均值，實心方點表示循環(huán)載荷下的數(shù)據(jù)點。對應(yīng)每個給定寬度的玻璃纖維織物試樣，均存在一個臨界力Fc和一個門檻值力Fth。臨界力為在單調(diào)荷載下玻璃纖維織物撕裂的峰值力。給試樣施加一個幅值為F的循環(huán)力，若幅值低于門檻值力F<Fth，那么循環(huán)加載無法使織物發(fā)生疲勞裂紋擴(kuò)展。若Fth < F < Fc，則玻璃纖維織物會在一定周數(shù)后撕裂。對于較寬的試樣，門檻值力與臨界撕裂力的差值較大，F(xiàn)th <<Fc。門檻值力與單根紗線抽出峰值力相近，且隨紗線長度的增加而增大。這表明，在循環(huán)荷載作用下，裂紋的疲勞擴(kuò)展是由于橫向紗線的抽出引起的。
論文第一作者為西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院碩士生劉豐愷，通訊作者為西安交通大學(xué)唐敬達(dá)副教授和哈佛大學(xué)鎖志剛教授。
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金重點國際（地區(qū)）合作研究項目、面上項目、青年項目等資助。
展開 在疲勞壽命分析部分，主要是結(jié)合前面在hyperworks中靜態(tài)強(qiáng)度CAE分析下的相應(yīng)結(jié)果文件，導(dǎo)入到Ncode軟件中進(jìn)行相關(guān)疲勞分析，進(jìn)而得到支架在循環(huán)載荷（正弦波循環(huán)載荷/白噪聲載荷)下的疲勞壽命，從而作為工程結(jié)構(gòu)改進(jìn)的理論依據(jù)。
正弦波循環(huán)載荷下疲勞壽命分析：
損傷云圖
壽命云圖
白噪聲載荷下疲勞壽命分析：
損傷云圖
壽命云圖
具體模型及相關(guān)說明文件見附件。
展開 在疲勞壽命分析部分，主要是結(jié)合前面在hyperworks中靜態(tài)強(qiáng)度CAE分析下的相應(yīng)結(jié)果文件，導(dǎo)入到Ncode軟件中進(jìn)行相關(guān)疲勞分析，進(jìn)而得到支架在循環(huán)載荷（正弦波循環(huán)載荷/白噪聲載荷)下的疲勞壽命，從而作為工程結(jié)構(gòu)改進(jìn)的理論依據(jù)。
正弦波循環(huán)載荷下疲勞壽命分析：
損傷云圖
壽命云圖
白噪聲載荷下疲勞壽命分析：
損傷云圖
壽命云圖
具體模型及相關(guān)說明見附件。
展開 本文的主要目的就是展示在ANSYS中循環(huán)加載是如何實現(xiàn)的。
計算結(jié)果
橡膠塊循環(huán)拉伸變形結(jié)果（可以看到有四次循環(huán)變形）
本文以一個正方形橡膠塊為例說明，橡膠塊如圖約束（約束XY面節(jié)點Z自由度，約束XZ面節(jié)點Y自由度，約束YZ面節(jié)點X自由度）,在側(cè)面施加循環(huán)載荷。
計算模型示意圖
循環(huán)載荷施加正弦形狀的位移載荷，分為4個正弦周期，四個正弦周期載荷幅值分別為0.1，0.2，0.3，0.4，4個周期加載過后，橡膠內(nèi)部積累的應(yīng)力釋放。具體定義分為幾個步驟：
步驟一：首先定義4個周期載荷幅值向量。
*DIM,AMPL,ARRAY,4 ! Amplitude Vector Definition
AMPL(1)=0.01
AMPL(2)=0.02
AMPL(3)=0.03
AMPL(4)=0.04
步驟二：定義離散時間加載點
*DIM,SOLTIME,ARRAY,161 ! Time Vector Definition
SOLTIME(1)=0.0
*DO,I,2,161,1
SOLTIME(I)=SOLTIME(I-1)+0.1
*ENDDO
步驟三：計算每個時間點下的位移激勵大小,也就是正弦曲線上的y值大小。
*DIM,BC_X,ARRAY,161 !
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循環(huán)載荷的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
循環(huán)載荷的最新內(nèi)容
符合EN 13001和Eurocode 3標(biāo)準(zhǔn)的疲勞標(biāo)準(zhǔn)檢查，非常適合循環(huán)載荷環(huán)境。
該軟件支持廣泛的參數(shù)化，使用戶能夠根據(jù)特定項目要求快速配置驗證流程。此外，自動化工作流程可簡化合規(guī)性驗證流程，確保速度和可靠性。工程師無需為每次檢查手動定義參數(shù)，而是可以運(yùn)行一系列預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)，以生成一致、可用于報告的結(jié)果，這對于高效滿足項目截止日期和監(jiān)管期望尤其有價值。
編輯
通過對車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期載荷循環(huán)的仿真，評估材料和結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，識別潛在的薄弱點，優(yōu)化設(shè)計以延長車輛使用壽命并減少維護(hù)需求。
變速處理后最大撕裂能測試演示
02
解析循環(huán)載荷下的裂紋擴(kuò)展行為
針對文中重點討論的疲勞裂紋問題，我們提供 “全松弛疲勞裂紋擴(kuò)展測試” ，此測試可精確獲得材料的裂紋擴(kuò)展速率（da/dN）與撕裂能的關(guān)系曲線，并識別出疲勞門檻值 Gth。
延伸閱讀：
橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：線性疊加-上
橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：線性疊加-下
挑戰(zhàn)三
熱效應(yīng)的綜合考量
03
PART
橡膠的粘滯效應(yīng)以及較低的熱導(dǎo)率使其在循環(huán)載荷下容易產(chǎn)生顯著的自生熱和溫度累積。局部溫升不僅會影響材料的力學(xué)性能，還可能引發(fā)熱失控現(xiàn)象。
以下是一些典型應(yīng)用場景：
1
輪胎行業(yè)：精準(zhǔn)預(yù)測輪胎在復(fù)雜工況下的疲勞壽命，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計
2
密封件領(lǐng)域：分析橡膠密封件的耐久性能，提升產(chǎn)品可靠性
3
減震部件：評估橡膠減震元件在循環(huán)載荷下的使用壽命
點擊查看Enduirica應(yīng)用案例詳細(xì)說明
不確定Endurica是否完美契合您的需求？我們可以為您提供一個快速的初步評估。
模擬OCA在持續(xù)載荷下的形變累積行為，判斷其是否適用于大尺寸或曲面貼合場景；
壓縮回彈測試
評估OCA在不同壓力下的厚度恢復(fù)率，間接反映其對局部應(yīng)力的吸收能力；
貼合過程仿真分析
通過有限元方法建立顯示模組的數(shù)字模型，模擬OCA在貼合壓力、溫度變化下的應(yīng)力分布與變形情況，提前識別可能導(dǎo)致Mura的高風(fēng)險區(qū)域；
長期服役可靠性仿真
結(jié)合實測材料參數(shù)，預(yù)測OCA在振動、溫度循環(huán)載荷下的疲勞壽命與應(yīng)力演化
核心測試
疲勞裂紋擴(kuò)展測試、動態(tài)變載荷循環(huán)疲勞拉伸、最大撕裂能測試、本征強(qiáng)度測試。
工程價值
量化材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋萌生壽命，確定其耐久極限，為基于物理機(jī)理的疲勞壽命預(yù)測模型提供關(guān)鍵輸入。
疲勞裂紋擴(kuò)展測試示意圖
粘彈性、粘滯生熱與熱力學(xué)屬性
表征材料對時間、頻率和溫度的依賴性，對于預(yù)測動態(tài)工況下的性能與生熱至關(guān)重要。
我們的此項測試，通過精確測量裂紋擴(kuò)展速率（da/dN），能直接量化不同分子設(shè)計（如氫鍵密度、離子相互作用強(qiáng)度）在循環(huán)載荷下反復(fù)斷裂與重建的耗能效率，為評判分子設(shè)計方案的長期耐久性提供最直接的實驗證據(jù)。
多通道伺服液壓/電動耐久試驗機(jī)：對坐墊、靠背等施加循環(huán)載荷，模擬百萬次駕乘疲勞，檢測結(jié)構(gòu)隱患，記錄數(shù)據(jù)評估疲勞壽命，適配多種座椅。
座椅總成綜合耐久試驗臺：集成多部件同步測試，支持多工位并行，模擬坐姿及調(diào)節(jié)動作，考核總成整體及部件協(xié)同可靠性。
顛簸蠕動耐久試驗臺：模擬路面顛簸與車身蠕動，檢測座椅動態(tài)疲勞及異響，貼合真實行車場景。
4、后處理
后處理新增應(yīng)力疲勞分析模塊，支持對稱循環(huán)、零基循環(huán)等多種載荷循環(huán)方式，包含Goodman、Soderberg等多種平均應(yīng)力理論可供選擇。可基于應(yīng)力結(jié)果預(yù)測循環(huán)載荷下結(jié)構(gòu)壽命、損傷、安全系數(shù)，從而在設(shè)計階段規(guī)避因疲勞導(dǎo)致的失效風(fēng)險。
