材料疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：KHAN_5339 創(chuàng)建時間：2020-09-03
材料疲勞的視頻教程
基于abaqus的復(fù)合材料疲勞漸進損傷數(shù)值分析方法
本課程主要講解了在abaqus中通過漸進損傷方法對復(fù)合材料疲勞性能進行數(shù)值模擬的相關(guān)內(nèi)容。首先簡單介紹了復(fù)合材料疲勞損傷機理以及目前常用的復(fù)合材料疲勞壽命評估方法。接著講解了目前已有的復(fù)合材料疲勞仿真的流程，結(jié)合剩余剛度模型和剩余強度模型以及復(fù)合材料疲勞失效準(zhǔn)則，建立了復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測的數(shù)值模型，開發(fā)了復(fù)合材料層內(nèi)疲勞壽命預(yù)測的umat子程序。
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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展-腐蝕鋼絲疲勞壽命計算等
腐蝕鋼絲疲勞壽命計算 腐蝕是疲勞裂紋擴展過程中不可忽視的重要因素，特別是在鋼絲繩等金屬材料中。該模塊將專注于腐蝕鋼絲的疲勞壽命計算，使用ABAQUS的腐蝕模型來考慮環(huán)境因素對材料疲勞性能的影響。我們將探討如何通過腐蝕損傷模型描述鋼絲的損傷積累過程，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進行驗證。課程將講解如何在ABAQUS中進行腐蝕疲勞分析，幫助學(xué)員更好地理解和預(yù)測腐蝕鋼絲在不同環(huán)境條件下的疲勞壽命。
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GB/T 31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng) 第3部分：安全性要求與測試方法 工況定義 材料疲勞定義 輸出 視頻練習(xí)文件：random_response_fatigue_finished.fem 自行下載練習(xí)
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材料疲勞的實例教程
材料的疲勞強度對各種外在因素和內(nèi)在因素都極為敏感。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表面光潔度及使用條件等，內(nèi)在因素包括材料本身的成分、組織狀態(tài)、純凈度和殘余應(yīng)力等。這些因素的細微變化，均會造成材料疲勞性能的波動甚至大幅度變化。
各種因素對疲勞強度的影響是疲勞研究的重要方面，這種研究將為零件合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及正確選擇材料和合理制定各種冷熱加工工藝提供依據(jù)，以保證零件具有高的疲勞性能。今天就分享8個影響疲勞強度的因素。
1. 應(yīng)力集中的影響
常規(guī)所講的疲勞強度，都是用精心加工的光滑試樣測得的，然而，實際機械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口，如臺階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應(yīng)力集中，使缺口根部的最大實際應(yīng)力遠大于零件所承受的名義應(yīng)力，零件的疲勞破壞往往從這里開始。
有效應(yīng)力集中系數(shù)不僅受構(gòu)件尺寸和形狀的影響，而且受材料的物理性質(zhì)、加工、熱處理等多種因素的影響。有效應(yīng)力集中系數(shù)隨著缺口尖銳程度的增加而增加，但通常小于理論應(yīng)力集中系數(shù)。
疲勞缺口敏感度系數(shù)q：疲勞缺口敏感度系數(shù)表示材料對疲勞缺口的敏感程度，由下式計算。
式中：
Kf為有效應(yīng)力集中系數(shù)；
Kt為理論應(yīng)力集中系數(shù)。
q的數(shù)據(jù)范圍是0~1，q值越小，表征材料對缺口越不敏感。試驗表明，
q并非純粹是材料常數(shù)，它仍然和缺口尺寸有關(guān)，只有當(dāng)缺口半徑大于一定值后，
q值才基本與缺口無關(guān)，而且對于不同材料或處理狀態(tài)，此半徑值也不同。
2. 尺寸因素的影響
由于材料本身組織的不均勻性以及內(nèi)部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破壞概率的增加，從而降低材料的疲勞極限。
展開 材料的疲勞強度對各種外在因素和內(nèi)在因素都極為敏感。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表面光潔度及使用條件等，內(nèi)在因素包括材料本身的成分，組織狀態(tài)、純凈度和殘余應(yīng)力等。這些因素的細微變化，均會造成材料疲勞性能的波動甚至大幅度變化。
各種因素對疲勞強度的影響是疲勞研究的重要方面，這種研究將為零件合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及正確選擇材料和合理制訂各種冷熱加工工藝提供依據(jù)，以保證零件具有高的疲勞性能。
應(yīng)力集中的影響
常規(guī)所講的疲勞強度，都是用精心加工的光滑試樣測得的，然而，實際機械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口，如臺階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應(yīng)力集中，使缺口根部的最大實際應(yīng)力遠大于零件所承受的名義應(yīng)力，零件的疲勞破壞往往從這里開始。
理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt ：在理想的彈性條件下，由彈性理論求得的，缺口根部的最大實際應(yīng)力與名義應(yīng)力的比值。
有效應(yīng)力集中系數(shù)（或疲勞應(yīng)力集中系數(shù)）Kf：光滑試樣的疲勞極限σ-1與缺口試樣疲勞極限σ-1n的比值。
有效應(yīng)力集中系數(shù)不僅受構(gòu)件尺寸和形狀的影響，而且受材料的物理性質(zhì)、加工、熱處理等多種因素的影響。
有效應(yīng)力集中系數(shù)隨著缺口尖銳程度的增加而增加，但通常小于理論應(yīng)力集中系數(shù)。
疲勞缺口敏感度系數(shù)q：疲勞缺口敏感度系數(shù)表示材料對疲勞缺口的敏感程度，由下式計算。
q的數(shù)據(jù)范圍是0-1，q值越小，表征材料對缺口越不敏感。試驗表明，q并非純粹是材料常數(shù)，它仍然和缺口尺寸有關(guān)，只有當(dāng)缺口半徑大于一定值后，q值才基本與缺口無關(guān)，而且對于不同材料或處理狀態(tài)，此半徑值也不同。
尺寸因素的影響
由于材料本身組織的不均勻性以及內(nèi)部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破壞概率的增加，從而降低材料的疲勞極限。
展開 4
加載經(jīng)歷的影響
實際上沒有任何零件是在絕對恒定的應(yīng)力幅條件下工作，材料實際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產(chǎn)生影響，試驗表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現(xiàn)象。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運行達到一定周次后，將造成材料疲勞極限的下降。超載越高，造成損傷所需的周次越短，如圖1所示。
圖1 損傷線
事實上，在一定條件下，少量次數(shù)的超載不僅不會對材料造成損傷，由于形變強化、裂紋尖端鈍化以及殘余壓應(yīng)力的作用，還會對材料造成強化，從而提高材料的疲勞極限。因此，應(yīng)對超載損傷的概念進行一些補充和修正。
所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應(yīng)力水平下運行一定周次后，造成材料疲勞極限升高的現(xiàn)象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關(guān)，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應(yīng)力要高些方能見效。
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化學(xué)成分的影響
材料的疲勞強度與抗拉強度在一定條件下存在著較密切的關(guān)系，因此，在一定條件下凡能提高抗拉強度的合金元素，均可提高材料的疲勞強度。比較而言，碳是影響材料強度的最主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質(zhì)元素則對疲勞強度產(chǎn)生不利影響。
展開 材料的疲勞強度對各種外在因素和內(nèi)在因素都極為敏感。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表面光潔度及使用條件等，內(nèi)在因素包括材料本身的成分，組織狀態(tài)、純凈度和殘余應(yīng)力等。這些因素的細微變化，均會造成材料疲勞性能的波動甚至大幅度變化。
各種因素對疲勞強度的影響是疲勞研究的重要方面，這種研究將為零件合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及正確選擇材料和合理制訂各種冷熱加工工藝提供依據(jù)，以保證零件具有高的疲勞性能
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應(yīng)力集中的影響
常規(guī)所講的疲勞強度，都是用精心加工的光滑試樣測得的，然而，實際機械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口，如臺階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應(yīng)力集中，使缺口根部的最大實際應(yīng)力遠大于零件所承受的名義應(yīng)力，零件的疲勞破壞往往從這里開始。
理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt：在理想的彈性條件下，由彈性理論求得的，缺口根部的最大實際應(yīng)力與名義應(yīng)力的比值。
有效應(yīng)力集中系數(shù)(或疲勞應(yīng)力集中系數(shù))Kf：光滑試樣的疲勞極限σ-1與缺口試樣疲勞極限σ-1n的比值。
有效應(yīng)力集中系數(shù)不僅受構(gòu)件尺寸和形狀的影響，而且受材料的物理性質(zhì)、加工、熱處理等多種因素的影響。
有效應(yīng)力集中系數(shù)隨著缺口尖銳程度的增加而增加，但通常小于理論應(yīng)力集中系數(shù)。
疲勞缺口敏感度系數(shù)q：疲勞缺口敏感度系數(shù)表示材料對疲勞缺口的敏感程度，由下式計算。
q的數(shù)據(jù)范圍是0-1，q值越小，表征材料對缺口越不敏感。試驗表明，q并非純粹是材料常數(shù)，它仍然和缺口尺寸有關(guān)，只有當(dāng)缺口半徑大于一定值后，q值才基本與缺口無關(guān)，而且對于不同材料或處理狀態(tài)，此半徑值也不同。
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尺寸因素的影響
由于材料本身組織的不均勻性以及內(nèi)部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破壞概率的增加，從而降低材料的疲勞極限。
展開 以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數(shù),根據(jù)金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術(shù)中的漂移設(shè)計原理,對焊縫材料在一定循環(huán)次數(shù)下的失效率或給定不失效率的循環(huán)次數(shù)的可靠性計算方法進行了探討。結(jié)合實例,對在給定循環(huán)次數(shù)和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設(shè)計
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
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材料疲勞的最新內(nèi)容
編輯
通過對車輛結(jié)構(gòu)進行長期載荷循環(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需求。
疲勞仿真就是在結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析（特別是基于CFD模擬得到的載荷譜）基礎(chǔ)上，引入材料的疲勞性能數(shù)據(jù)（S-N曲線或斷裂力學(xué)模型），對關(guān)鍵部位進行疲勞壽命評估。
UMAT / VUMAT 的二次開發(fā)： 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)材料庫無法覆蓋新興材料（如具有形狀記憶效應(yīng)的鎳鈦合金、相變誘發(fā)塑性的TRIP鋼、或者超高周疲勞退化材料）時，最高階的仿真工程師必須依賴Fortran或C++編寫用戶自定義材料子程序（UMAT用于Abaqus/Standard隱式求解，VUMAT用于Abaqus/Explicit顯式求解）。
材料疲勞：鑄鐵工作臺雖然耐用，但在數(shù)十年的使用中，反復(fù)的應(yīng)力加載也會導(dǎo)致材料內(nèi)部疲勞，這是其理論壽命（50-100年）的相當(dāng)限所在-3。
負載與沖擊：損壞的“急性”
2.不規(guī)范的操作會直接對工作臺造成“硬傷”。
超負荷運行：工件重量超過工作臺的額定載荷，會直接導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變形甚至損壞-3。這是比較基本也比較需警惕的問題。
這篇論文不僅是一份學(xué)術(shù)總結(jié)，更是一份面向未來的抗撕裂、抗疲勞高分子材料“設(shè)計指南”。它明確指出，理解并提升橡膠、凝膠等聚合物網(wǎng)絡(luò)的抗裂能力，關(guān)鍵在于把握兩個核心物理量：能量釋放率（Energy release rate, G） 與 斷裂內(nèi)聚長度（Fractocohesive length）。
延伸閱讀：
橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：熱效應(yīng)
總
結(jié)
04
PART
橡膠材料的疲勞分析需要建立專門的方法體系：通過臨界平面分析準(zhǔn)確評估平均應(yīng)變效應(yīng)，采用非線性插值方法處理大變形問題，建立熱-力-老化多物理場耦合框架分析熱相關(guān)問題。這些方法的綜合運用，有助于提高橡膠部件疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性，為產(chǎn)品設(shè)計提供可靠依據(jù)。
Endurica的核心優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：
01
基于物理的仿真模型
軟件內(nèi)核基于斷裂力學(xué)理論，能夠依據(jù)材料的疲勞裂紋擴展數(shù)據(jù)直接預(yù)測產(chǎn)品壽命，仿真結(jié)果較傳統(tǒng)經(jīng)驗公式更為可靠。
02
與主流FEA軟件無縫集成
支持直接讀取Abaqus、Ansys、Hexagon Marc等有限元分析結(jié)果，實現(xiàn)高效的工作流程整合。
我司測試獲得的典型材料拉伸試驗應(yīng)力應(yīng)變曲線
核心疲勞性能與耐久性邊界
從斷裂力學(xué)與裂紋萌生兩個角度系統(tǒng)研究材料的疲勞發(fā)展歷程。
核心測試
疲勞裂紋擴展測試、動態(tài)變載荷循環(huán)疲勞拉伸、最大撕裂能測試、本征強度測試。
工程價值
量化材料的疲勞裂紋擴展速率與裂紋萌生壽命，確定其耐久極限，為基于物理機理的疲勞壽命預(yù)測模型提供關(guān)鍵輸入。
新材料的應(yīng)用突破了高壓極限，隨著系統(tǒng)工作壓力不斷攀升至700bar甚至更高，傳統(tǒng)金屬材料的疲勞極限面臨難題，最新進展中，特種陶瓷涂層與高強度復(fù)合合金被廣泛應(yīng)用于閥芯與閥座，這些材料不僅具有卓越的耐磨損和耐腐蝕性能，還能在極端溫度變化下保持微小的熱膨脹系數(shù)，確保在超高壓環(huán)境下密封的零泄漏，諾冠憑借在材料科學(xué)上的深厚積累，成功開發(fā)出能在液氫、超臨界二氧化碳等苛刻介質(zhì)中長期穩(wěn)定運行的比例閥，為新能源行業(yè)提供了關(guān)鍵支撐
教學(xué)驗證：全網(wǎng)累計播放 100w+，已幫助5000+學(xué)員提升仿真技能
實戰(zhàn)項目經(jīng)驗涵蓋：
蜂窩結(jié)構(gòu)強剛度分析與優(yōu)化
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金屬結(jié)構(gòu)斷裂與損傷分析等
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