斷裂疲勞壽命有限元分析的案例
基于有限元法的汽車構(gòu)件疲勞壽命分析
對(duì)汽車構(gòu)件結(jié)構(gòu)疲勞分析和壽命預(yù)測(cè)方法即靜態(tài)疲勞分析方法和總壽命S一Ⅳ預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了介紹。針對(duì)某種型號(hào)轎車的懸架,應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS構(gòu)建了懸架的虛擬樣機(jī),進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析。并應(yīng)用MSC系列有限元分析和疲勞軟件對(duì)下控制臂進(jìn)行分析,計(jì)算了其應(yīng)力特性和疲勞壽命。
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基于有限元法的轎車車身結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)疲勞壽命分析
基于有限元法的轎車車身結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)疲勞壽命分析
基于有限元的虛擬疲勞壽命預(yù)測(cè)
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LMS Virtual.Lab Durability_方法介紹7—基于有限元結(jié)果的疲勞壽命預(yù)測(cè)
今天帶來(lái)LMS Virtual.Lab Durability基于有限元結(jié)果的疲勞壽命預(yù)測(cè)
內(nèi)容主要包括準(zhǔn)靜態(tài)疊加法、模態(tài)疊加法、危險(xiǎn)平面法以及有限元法疲勞計(jì)算的一些特點(diǎn)。
07LMS Virtual.Lab Durability基于有限元結(jié)果的疲勞壽命預(yù)測(cè).pdf
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展開(kāi) ABAQUS(案例源自企業(yè)訴求)：真實(shí)殼體零件疲勞斷裂與有限元仿真對(duì)比
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有限元分析方法和材料斷裂準(zhǔn)則
一、有限元模擬方法
金屬切削數(shù)值模擬常用到兩種方法，歐拉方法和拉格朗日方法。歐拉方法適合在一個(gè)可以控制的體積內(nèi)描述流體變形，這種方法的有限元網(wǎng)格描述的是空間域的，覆蓋了可以控制的體積。在金屬切削過(guò)程中，切屑形狀的形成過(guò)程不是固定的，采用歐拉方法要不斷的調(diào)整網(wǎng)格來(lái)修改邊界條件，因此用歐拉方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)的切削過(guò)程模擬比較困難。歐拉方法適用于切削過(guò)程的穩(wěn)態(tài)分析（即“Euler方法的模擬是在切削達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后進(jìn)行的”[2]），仿真分析之前要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法給定切屑的幾何形狀和剪切角[1]。
而拉格朗日方法是描述固體的方法，有限元網(wǎng)格由材料單元組成，這些網(wǎng)格依附在材料上并且準(zhǔn)確的描述了分析物體的幾何形狀，它們隨著加工過(guò)程的變化而變化。這種方法在描述材料的無(wú)約束流動(dòng)時(shí)是很方便的，有限元網(wǎng)格精確的描述了材料的變形情況。實(shí)際金屬切削加工仿真中廣泛采用的拉格朗日方法，它可以模擬從初始切削一直到穩(wěn)態(tài)的過(guò)程，能夠預(yù)測(cè)切屑的形狀和工件的殘余應(yīng)力等參數(shù)[2]。但是用這種方法預(yù)定義分離準(zhǔn)則和切屑分離線來(lái)實(shí)現(xiàn)切屑和工件的分離，當(dāng)物質(zhì)發(fā)生大變形時(shí)常常使網(wǎng)格糾纏，輕則嚴(yán)重影響了單元近似精度，重則使計(jì)算中止或者引起嚴(yán)重的局部變形[1]。
為了克服歐拉描述和拉格朗日描述各自的缺點(diǎn)，Noh和Hirt在研究有限差分法時(shí)提出了ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)描述，后來(lái)又被Hughes，liu和Belytschko等人引入到有限元中來(lái)。其基本思想是:計(jì)算網(wǎng)格不再固定，也不依附于流體質(zhì)點(diǎn)，而是可以相對(duì)于坐標(biāo)系做任意運(yùn)動(dòng)。由于這種描述既包含Lagrange的觀點(diǎn)，可應(yīng)用于帶自由液面的流動(dòng)，也包括了Euler觀點(diǎn)，克服了純Lagrange方法常見(jiàn)的網(wǎng)格畸變不如意之處。自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，ALE描述己被廣泛用來(lái)研究帶自由液面的流體晃動(dòng)問(wèn)題、固體材料的大變形問(wèn)題、流固禍合問(wèn)題等等。
展開(kāi) 擴(kuò)展有限元（XFEM）在結(jié)構(gòu)斷裂分析中的應(yīng)用 ￥5
擴(kuò)展有限元在Abaqus中可以用于三維實(shí)體模型或二維平面問(wèn)題，不能用于三維的殼單元模型。
壓力容器裂紋擴(kuò)展
擴(kuò)展有限元在Abaqus中的應(yīng)用設(shè)置也很簡(jiǎn)單，以下簡(jiǎn)要列舉其中的關(guān)鍵步驟：
第1步，材料屬性設(shè)置。
除了彈性屬性外，還需要在材料中定義損傷起始判據(jù)及損傷演化判據(jù)，可以使用Abaqus自帶的一些最大應(yīng)力、二次應(yīng)力、最大主應(yīng)力等準(zhǔn)則，同時(shí)結(jié)合內(nèi)聚力模型中常用的基于斷裂韌性的損傷演化準(zhǔn)則；也可以通過(guò)UDMGINI子程序自定義損傷起始判據(jù)結(jié)合VCCT或者Surface-Based chesive等演化準(zhǔn)則，后者在復(fù)合材料XFEM分析中比較常見(jiàn)。
本案例是一個(gè)金屬壓力容器裂紋擴(kuò)展模型，詳細(xì)材料參數(shù)設(shè)置如下。
第2步，設(shè)置分析步輸出
創(chuàng)建Static,general分析步，打開(kāi)幾何非線性。在Field輸出里勾選與擴(kuò)展有限元相關(guān)的輸出變量，F(xiàn)ailure / Fracture > PHILSM和PSILSM，以及State / Field/ User/ Time> STATUSXFEM。
其中，PHILSM是描述裂紋面距離的函數(shù)，裂紋面所經(jīng)過(guò)的位置 PHILSM=0；PSILSM是描述初始裂紋尖端的距離函數(shù)；STATUSXFEM代表富集單元的狀態(tài)。如果該單元完全開(kāi)裂，則單元狀態(tài)為1.0；如果該單元無(wú)裂紋，則其狀態(tài)為0.0。如果該單元部分開(kāi)裂，則STATUSXFEM的值介于1.0和0.0之間。
第3步，定義裂紋
在Interaction模塊中，選擇Special>Crack>Creat來(lái)創(chuàng)建裂紋，在彈出的菜單中選擇XFEM類型。
展開(kāi) 汽車鋼板彈簧斷裂問(wèn)題有限元分析與研究
汽車鋼板彈簧斷裂問(wèn)題有限元分析與研究
汽車鋼板彈簧斷裂問(wèn)題有限元分析與研究.part1.rar
汽車鋼板彈簧斷裂問(wèn)題有限元分析與研究.part2.rar
聯(lián)合ABAQUS與Fe-safe的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析（隨機(jī)疲勞理論及有限元軟件操作講解） ￥25
結(jié)論
本文介紹隨機(jī)疲勞壽命分析的基礎(chǔ)理論，并使用有限元軟件ABAQUS與Fe-safe聯(lián)合仿真技術(shù)，在基于PSD譜上，對(duì)某一啞鈴狀板梁進(jìn)行了隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命仿真分析，同時(shí)也介紹了該聯(lián)合仿真分析的流程。在分析結(jié)果中，對(duì)比了隨機(jī)振動(dòng)仿真的RMS計(jì)算結(jié)果和fe-safe隨機(jī)疲勞壽命的計(jì)算結(jié)果，評(píng)估分析結(jié)果的可信度。此疲勞仿真分析技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)有著重要的幫助，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段有效控制其疲勞壽命, 指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。
此外，后期我會(huì)補(bǔ)充一些實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用案例，為讀者在解決實(shí)際的工程問(wèn)題中提供一定的參考,敬請(qǐng)期待！
參考文獻(xiàn)
[1] 劉龍濤，李傳日，程祺. 某結(jié)構(gòu)件的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析[J]. 振動(dòng)與沖擊，2013, 32(21)
[2] 林 明，謝里陽(yáng). 疲勞壽命預(yù)測(cè)頻域方法分析與比較[J]. 失效分析與預(yù)防，2016，11(5)
[3] 楊萬(wàn)均，施榮明. 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力幅值的分布規(guī)律[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011，27(6)
[4] 李西順. 基于OptiStruct的電動(dòng)汽車電池包振動(dòng)疲勞分析. Altair技術(shù)大會(huì)優(yōu)秀論文
[5] 達(dá)索公司. Abaqus Analysis User's Manual. SIMULIA Abaqus 6.14
[6] 達(dá)索公司. fe-safe user manual. SIMULIA fe-safe 2018
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用有限元法進(jìn)行疲勞分析
用有限元法進(jìn)行疲勞分析
一、有限元法疲勞分析的基本思路
用有限元法進(jìn)行疲勞分析，其基本思路是：首先進(jìn)行靜或動(dòng)強(qiáng)度分析，然后進(jìn)入到后處理器取出相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果，在后處理器中再定義載荷事件，循環(huán)材料特性，接著根據(jù)所需要的疲勞準(zhǔn)則對(duì)每一個(gè)載荷事件進(jìn)行壽命計(jì)算，最后根據(jù)累計(jì)損傷理論判斷是否開(kāi)始破壞。 由于結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)往往是一復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，而在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的結(jié)構(gòu)材料S-N曲線又常是在簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下獲得的，因此常用最小能量屈服準(zhǔn)則或其它等效準(zhǔn)則，將所研究的疲勞點(diǎn)上的復(fù)雜應(yīng)力用一個(gè)等效應(yīng)力替代。對(duì)有限元法而言，這一過(guò)程很容易實(shí)現(xiàn)。等效替代以后，即可參照原始材料的S-N曲線進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估。
上述方法稱之為應(yīng)力-壽命法或S-N法，該方法不嚴(yán)格區(qū)分裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展，而是給出結(jié)構(gòu)發(fā)生突然失效前的全壽命估計(jì)。當(dāng)然，還可以采用更加現(xiàn)代化的局部應(yīng)變法或初始裂紋法。因篇幅所限，下面結(jié)合Abaqus軟件，僅討論S-N法，且針對(duì)車輛結(jié)構(gòu)疲勞分析
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展開(kāi) 有限元軟件進(jìn)行疲勞分析的若干問(wèn)題
計(jì)算安全壽命 Ts=TL/D
MSC.Fatigue軟件與此方法結(jié)合的很好，然而，有限元法解決實(shí)際工程中的疲勞問(wèn)題還有一些問(wèn)題：
1. 目前疲勞理論對(duì)于材料微裂紋的形成和擴(kuò)展過(guò)程中的某些效應(yīng)無(wú)法全面徹底地分析其機(jī)理，因此在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的各種方法在某些情況下可能導(dǎo)致結(jié)果誤差很大；
2. 各種疲勞分析有限元法對(duì)應(yīng)力類型及作用方式十分敏感，而實(shí)際工程中這些因素往往無(wú)法精確得到，造成結(jié)果分散性相當(dāng)大；
3. 很難預(yù)先判斷易發(fā)生疲勞破壞的危險(xiǎn)區(qū)域，而想要對(duì)其中所有可能發(fā)生初始裂紋的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化建模分析目前顯然不太現(xiàn)實(shí)；
4. 不確定因素如載荷時(shí)間歷程的復(fù)雜性、模型試驗(yàn)結(jié)果的分散性、殘余應(yīng)力及腐蝕影響等，可能導(dǎo)致結(jié)果與實(shí)際情況存在量級(jí)上的偏差。
對(duì)于常用的疲勞分析軟件Fatigue，其自帶三種分析方法適用范圍如下：
1. S-N曲線總壽命分析法：
疲勞壽命相當(dāng)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，且很少發(fā)生塑性變形；
裂紋初始化及裂紋擴(kuò)展模型不適用的結(jié)構(gòu)如復(fù)合材料、焊接材料、塑料以及一些非鋼結(jié)構(gòu)；
已有針對(duì)結(jié)構(gòu)的大量現(xiàn)成S-N數(shù)據(jù)的情形；
焊接熱點(diǎn)區(qū)域疲勞分析以及隨機(jī)振動(dòng)引發(fā)的疲勞問(wèn)題。
2. 適用裂紋初始化分析法的情形：
基本沒(méi)有缺陷的金屬構(gòu)件；
對(duì)安全性要求高，把初始裂紋的發(fā)生作為疲勞失效準(zhǔn)則的構(gòu)件；
確定哪些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生疲勞初始裂紋并研究裂紋擴(kuò)展情況時(shí)；
分析結(jié)構(gòu)使用不同材料以及不同表面處理情況的影響效應(yīng)時(shí)；
各項(xiàng)同性且延展性強(qiáng)的金屬材料構(gòu)件，具有對(duì)稱的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
塑性占據(jù)主要地位的低周疲勞。
3.
展開(kāi) 關(guān)于疲勞問(wèn)題的有限元分析清單
1、疲勞破壞的原因及分類
原因：
應(yīng)力波動(dòng)引起的機(jī)械疲勞
循環(huán)載荷同高溫聯(lián)合作用引起的蠕變疲勞
循環(huán)受載部件的溫度變動(dòng)引起的熱機(jī)械疲勞
零件之間的滑動(dòng)和滾動(dòng)接觸相結(jié)合產(chǎn)生的接觸疲勞
分類：
高周疲勞(high circle fatigue)：循環(huán)次數(shù)≥104周次
低周疲勞(low circle fatigue) ：循環(huán)次數(shù)≤104周次
2、疲勞有限元分析步驟：
通過(guò)靜力學(xué)方法分析對(duì)象的應(yīng)力分布；將計(jì)算的結(jié)果導(dǎo)入到fatigue分析模塊；
定義疲勞分析的應(yīng)力/應(yīng)變的類型(一般選擇Max. Abs. Principal，即主應(yīng)力/應(yīng)變絕對(duì)值的最大值)；對(duì)應(yīng)了S－N曲線中的應(yīng)力S或者E－N曲線中的應(yīng)變。
輸入載荷信息，即將第1步的計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入；定義一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的動(dòng)載荷。
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