疲勞斷裂分析的案例
曲軸的疲勞斷裂分析
系統闡述利用有限元法對機械結構零部件進行疲勞斷裂分析的相關理論和方法。在此基礎上對16V240機車柴油機曲軸的最危險曲拐進行最大和最小工況下的三維有限元分析,確定裂紋易產生的危險截面,求解危險截面處不同深度和形態的表面橢圓裂紋的應力強度因子,并擬合關于橢圓裂紋特征參數及總體坐標下的等效應力強度因子的近似表達式。為預測含裂紋曲軸的承載能力、剩余壽命、制定判廢標準等提供相關的疲勞斷裂參數。
曲軸的疲勞斷裂分析.pdf
疲勞斷裂分析 附疲勞與斷裂華中科技大學下載
0
1
疲勞與斷裂的概念
1、疲勞：金屬材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化稱為疲勞；
2、疲勞斷裂：材料承受交變循環應力或應變時，引起的局部結構變化和內部缺陷的不斷地發展，使材料的力學性能下降，最終導致產品或材料的完全斷裂，這個過程稱為疲勞斷裂。也可簡稱為金屬的疲勞。引起疲勞斷裂的應力一般很低，疲勞斷裂的發生，往往具有突發性、高度局部性及對各種缺陷的敏感性等特點。
0
2
疲勞斷裂的分類
1、高周疲勞與低周疲勞
如果作用在零件或構件的應力水平較低，破壞的循環次數高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。
例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構件的應力水平較高，破壞的循環次數較低，一般低于1萬次的疲勞，稱為低周疲勞。例如壓力容器，汽輪機零件的疲勞損壞屬于低周疲勞 。
2、應力和應變來分析
應變疲勞——高應力，循環次數較低，稱為低周疲勞；
應力疲勞——低應力，循環次數較高，稱為高周疲勞。
展開 一文帶你分析疲勞斷裂！ 附疲勞與斷裂華中科技大學文檔下載
No.1 疲勞與斷裂的概念
1.疲勞：金屬材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化稱為疲勞。
2.疲勞斷裂：材料承受交變循環應力或應變時，引起的局部結構變化和內部缺陷的不斷地發展，使材料的力學性能下降，最終導致產品或材料的完全斷裂，這個過程稱為疲勞斷裂，也可簡稱為金屬的疲勞。
引起疲勞斷裂的應力一般很低，疲勞斷裂的發生，往往具有突發性、高度局部性及對各種缺陷的敏感性等特點。
No.2 疲勞斷裂的分類
1.高周疲勞與低周疲勞
如果作用在零件或構件的應力水平較低，破壞的循環次數高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構件的應力水平較高，破壞的循環次數較低，一般低于1萬次的疲勞，稱為低周疲勞。例如壓力容器，汽輪機零件的疲勞損壞屬于低周疲勞 。
2.應力和應變分析
應變疲勞——高應力，循環次數較低，稱為低周疲勞；
應力疲勞——低應力，循環次數較高，稱為高周疲勞。
復合疲勞，但在實際中，往往很難區分應力與應變類型，一般情況下二種類型兼而有之，這樣稱為復合疲勞。
3.按照載荷類型分類
彎曲疲勞、扭轉疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞、振動疲勞、微動疲勞。
展開 飛機結構疲勞強度與斷裂分析
一、疲勞的基本概念
（一）、疲勞破壞的特征
1、在交變的工作應力遠小于材料的強度極限，甚至比屈服極限還小的情況下，破壞就可以發生。
2、疲勞破壞是一個累積損傷的過程，要經過一定的時間歷程在交變應力多次循環之后才突然發生。
3、疲勞破壞時沒有明顯的塑性變形。即使塑性較好的材料，破壞時也象脆性材料那樣，只有很小的塑性變形。因此，疲勞破壞事前不易察覺。
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現兩個不同的區域，一個是比較光滑的區域，叫做疲勞區，內有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區域，叫做瞬時斷裂區。此區域內沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內因：構件外形尺寸的突變或材料內部有缺陷
外因：構件要承受有交變載荷（或交變應力）
在交變應力長期作用下，在構件外形突變處，或材料有缺陷處出現應力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產生嚴重的應力集中，促使裂紋逐漸擴展，構件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構件就會沿削弱了的截面發生突然斷裂。
二、飛機結構承受的交變載荷
（一）、飛機結構承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數來表示。
2.突風載荷
它是由于飛機在不穩定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。
展開 
飛機結構疲勞強度與斷裂分析
一、疲勞的基本概念
（一）、疲勞破壞的特征
1、在交變的工作應力遠小于材料的強度極限，甚至比屈服極限還小的情況下，破壞就可以發生。
2、疲勞破壞是一個累積損傷的過程，要經過一定的時間歷程在交變應力多次循環之后才突然發生。
3、疲勞破壞時沒有明顯的塑性變形。即使塑性較好的材料，破壞時也象脆性材料那樣，只有很小的塑性變形。因此，疲勞破壞事前不易察覺。
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現兩個不同的區域，一個是比較光滑的區域，叫做疲勞區，內有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區域，叫做瞬時斷裂區。此區域內沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內因：構件外形尺寸的突變或材料內部有缺陷
外因：構件要承受有交變載荷（或交變應力）
在交變應力長期作用下，在構件外形突變處，或材料有缺陷處出現應力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產生嚴重的應力集中，促使裂紋逐漸擴展，構件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構件就會沿削弱了的截面發生突然斷裂。
二、飛機結構承受的交變載荷
（一）、飛機結構承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數來表示。
2.突風載荷
它是由于飛機在不穩定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷，稱為地－空－地循環載荷。這是一種時間長、幅值大的載荷。
4.著陸撞擊載荷
它是由于飛機著陸接地后，起落架的彈性引起飛機顛簸加到飛機上的重復載荷。
展開 基于黃umat和cohesive實現疲勞過程中的沿晶斷裂分析------案例九
基于黃umat和cohesive實現疲勞過程中的沿晶斷裂分析
案例實操
1，建立包含50個晶粒的多晶模型，晶界處使用cohesive單元
2，分別對晶界cohesive單元和晶粒實體單元進行材料屬性賦值
3，X0方向固定，施加X1方向的疲勞載荷
4，指定對應的單元類型
5，提交與后處理材料數據
晶粒幾何模型
晶界幾何模型
隨著循環次數增加逐漸開裂
變形過程中應力應變響應
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 【7月25-28日 北京】壓力容器靜動強度評定、疲勞斷裂計算、熱應力高溫蠕變分析、結構優化與可靠性
Ansys workbench具有強大的建模和仿真分析技術，并且操作簡單，易于掌握。為了讓廣大分析人員更好地掌握壓力容器的設計與計算技巧，弄清Ansys workbench壓力容器計算原理和操作技巧，特舉辦《壓力容器靜動強度評定、疲勞與斷裂計算、熱應力與高溫蠕變分析、結構優化與可靠性設計》高級培訓。
本專題基于Ansys workbench平臺，立足ASME規范，同時兼顧GB-150和JB-4732壓力容器設計規范，通過大量的理論和工程實例講解，使學員在較短時間內掌握Ansys workbench的使用方法；掌握壓力容器強度、疲勞、斷裂、熱應力和高溫蠕變的Ansys workbench計算原理與計算技巧，弄清壓力容器結構動力學響應、優化設計與可靠性計算原理并掌握其計算技巧。本專題可為壓力容器的計算仿真提供有效、可靠和全面的數值解決方案和技術支撐。詳情請參見“內容大綱”。
二、時間地點
時間：2019年7月25日-7月28日（第一天報到，授課3天）
地點：北京
三、主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，Ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
四、內容大綱
五、報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 ABAQUS斷裂與疲勞理論與案例實施 ￥20
由于課程內容包含斷裂力學的基礎，因此 FEM 和 ABAQUS 解釋從零開始</div><div contenteditable="false" width="100%">描述：</div><div contenteditable="false" width="100%">疲勞是機械結構失效的最常見原因。為了調查這種現象，研究人員進行了實驗，進行實際疲勞實驗需要大量的時間、大量的財政資源，并且受到尺寸限制的限制。解決方案在于開發和驗證精確的數值模型。這是我們課程背后的主要驅動力，因為它能夠準確可靠地預測裂紋的生長。本課程深入探討了使用擴展有限元法 （XFEM） 結合巴黎定律公式對疲勞裂紋擴展進行高級仿真，并在 ABAQUS 軟件中完全實現。該課程強調直接循環疲勞和低周疲勞方法，為分析材料在循環載荷下的劣化提供了一個全面的框架。</div><div contenteditable="false" width="100%">您將學習：1.斷裂力學基礎和疲勞裂紋擴展：</div><div contenteditable="false" width="100%">2。有限元法 （FEM） 和擴展有限元法 （XFEM）&nbsp;&nbsp;– FEM 的核心原理及其如何應用于裂紋擴展模擬。&nbsp;– XFEM 的覆蓋范圍，包括富集函數，以及&nbsp;級別設置方法。&nbsp;&nbsp;– 如何在傳播過程中不重新劃分網格的情況下對裂縫進行建模，以及 XFEM 如何處理不連續性.</div><div contenteditable="false" width="100%">3.疲勞裂紋擴展狀態：&nbsp;&nbsp;– 了解裂紋尺寸和周期之間的關系，包括應力比效應等因素。
展開 斷裂與疲勞
疲勞(Fatigue)與斷裂(Fracture)是引起工程結構和構件失效的最主要的原因。在面向21世紀的今天，人們對傳統強度(靜載荷作用、無缺陷材料的強度)的認識已相當深刻，工程中強度設計的實踐經驗和積累也十分豐富，對于傳統強度的控制能力也大大增強。因此，疲勞與斷裂引起的失效在工程失效中越來越突出。
斷裂與疲勞.pdf
書籍－－金屬疲勞斷裂理論
疲勞方面的書籍
金屬疲勞斷裂理論_0.part1.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part2.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part3.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part4.rar
Ansys Mechanical 疲勞與斷裂新功能介紹
近年來，Ansys不斷將nCode DesignLife的相關分析功能整合到Mechanical界面下，目前已經能夠支持常見的疲勞分析功能及參數設置，且易用性更強。
另一方面，Ansys Mechanical 也在持續增強和完善其裂紋擴展分析的相關功能。
本次研討會將向大家介紹 Ansys Mechanical界面下的nCode DesignLife的疲勞分析功能，以及裂紋擴展分析新技術，包括多種新的裂紋生成功能，多裂紋前沿技術等。
內容綱要
張偉偉，Ansys主任應用工程師
上海交通大學機械設計及理論專業博士，
擁有多年的有限元理論研究與仿真應用經驗，在相關領域發表SCI，EI收錄論文十余篇，授權專利7項。目前任職于Ansys中國，負責結構類產品重點是顯式動力學產品的技術支持和推廣工作。
展開 材料的疲勞損傷與斷裂 ￥5
材料的疲勞損傷與斷裂
金屬疲勞斷裂的特點
一、概述
金屬零部件在遠低于材料強度極限的交變應力作用下，發生的破壞叫做金屬疲勞破壞。據統計，在機械零件失效中有80％以上屬于疲勞破壞。
例如大多數軸類零件，通常受到的交變應力為對稱循環應力，這種應力可以是彎曲應力、扭轉應力、或者是兩者的復合。如火車的車軸，是彎曲疲勞的典型，汽車的傳動軸、后橋半軸主要是承受扭轉疲勞，柴油機曲軸和汽輪機主軸則是彎曲和扭轉疲勞的復合。再如齒輪在嚙合過程中，所受的負荷在零到某一極大值之間變化，而缸蓋螺栓則處在大拉小拉的狀態中，這類情況叫做拉-拉疲勞；連桿不同于螺栓，始終處在小拉大壓的負荷中，這類情況叫做拉-壓疲勞。
我們還可以列舉很多常用的機械零件所受的負荷情況，綜合這些情況就會得到上面已經提過的結論：大多數零件的失效是屬于疲勞破壞的。
二、疲勞斷裂破壞的特點
盡管疲勞斷裂有各種類型，但它們都有一些共同的特點：
1、 發生斷裂時，零部件并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的預兆，而是突然地破壞。
2、通常引起疲勞斷裂的應力值很低，常常低于靜載時的屈服強度。
3、發生疲勞斷裂產生的斷口處能清楚地顯示出裂紋源、擴展和最后斷裂三個組成部分。
三、疲勞斷口分析
疲勞斷口有各種型式，它取決于載荷的類型，即所受應力為彎曲應力、扭轉應力還是拉-壓應力，同時與應力的大小和應力集中程度有關。
一個典型的金屬疲勞斷口總是由疲勞源區、疲勞擴展區和瞬時斷裂區三部分構成。
(一)疲勞源區
疲勞源是零件疲勞破壞的起始點，用肉眼很難看到，它通常發生在零構件的尖角、凹糟、截面突變等應力集中部位表面，或發生在有夾雜、疏松、氣孔等零構件的內部。
展開 疲勞斷裂的基本原理
②研究不同環境下的疲勞及其壽命估算方法。③概率統計方法在疲勞中的應用，如隨機載荷下的可靠性分析方法，以及耐久性設計等。
