疲勞與斷裂的案例
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。
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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。
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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 第十九屆全國疲勞與斷裂學術會議在沈陽召開
張哲峰研究員代表會議承辦方對參加本次學術會議的專家學者表示熱烈歡迎，對會務組細致全面的工作表示感謝，簡要回顧了中國科學院金屬研究所的歷史及在材料疲勞與斷裂研究方面的主要進展，最后指出疲勞與斷裂是一個周期長、出名慢甚至難出名的研究方向，但是做好這一傳統而又重要的研究方向有助于中國制造業核心競爭力的本質提升！
與會代表圍繞材料疲勞損傷微觀機制、關鍵行業重點裝備工程應用、先進測試方法等進行了介紹，并就解決材料與結構安全評價和壽命預測等問題展開了廣泛深入的研討。上海大學張統一院士、鄭州大學趙明皞教授、成都大學王清遠教授、上海大學董瀚教授、中國航發北京航空材料研究院陶春虎研究員和中國科學院金屬研究所韓恩厚研究員分別作了為“納米孿晶銅的蠕變和應力松弛”、“壓電半導體斷裂研究新進展”、“超長壽命疲勞幾個基本問題研究”、“基礎件用鋼的疲勞問題及思考”、“粉末高溫合金的損傷失效行為與壽命預測”和“核電站關鍵部件的環境疲勞設計與評價模型”的大會邀請報告。同時，本次會議分為7個專題、設10個分會場，組織了近300個邀請報告和口頭報告。英斯特朗(上海)試驗設備貿易有限公司、MTS工業系統(中國)有限公司、島津國際貿易(上海)有限公司、北京睿拓時創科技有限公司和凱爾測控試驗系統(天津)有限公司等20余家單位在本次會議上進行產品展示。本次會議還得到遼寧電視臺、中國科學報、沈陽日報、今日頭條、新浪網、人民網、科學網和東北新聞網等多家媒體支持。
全國疲勞與斷裂學術會議是我國材料疲勞與斷裂領域規模最大、最具影響力的學術盛會，本次會議的參會人數也創歷史之最。全國疲勞與斷裂學術會議始于1977年舉辦的中國金屬學會斷裂學科討論會和1982年召開的全國疲勞與斷裂學術會議，在各自舉辦八屆后，1998年合并舉辦“第九屆全國疲勞與斷裂學術會議”。
展開 【4月17-21日 北京】ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用
背景
結構的損傷、疲勞與斷裂破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。為使學員理解損傷、疲勞和斷裂計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握軟件的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。特舉辦“ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用”培訓。該課程全面系統的講解nCode DesignLife軟件疲勞、損傷計算的原理和ANSYS Workbench斷裂計算原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，振動疲勞，斷裂參數計算，界面開裂模擬，裂紋擴展計算，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間： 2019年4月17日-4月21日（第一天報到，授課4天）
地點：北京
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。
內容大綱
報名費用
標準費用：4980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 
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 【9月20-23日 北京】 nCode DesignLife+Workbench結構疲勞、損傷與斷裂
一、課程背景
結構的損傷、疲勞與斷裂破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。特舉辦《ANSYS nCode DesignLife+Workbench結構疲勞、損傷與斷裂數值計算方法及其工程應用》研修班。該研修班全面系統的講解ANSYS nCode DesignLife軟件疲勞、損傷計算的原理和ANSYS Workbench斷裂計算原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，多軸疲勞，蠕變疲勞，振動疲勞，斷裂參數計算，界面開裂模擬，裂紋擴展計算，擴展有限元，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容，使學員理解損傷、疲勞和斷裂計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握軟件的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。
二、時間及地點
2019年9月20日-9月23日 北京
（第一天報到，授課3天）
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。
展開 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
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
[論文]疲勞／斷裂可靠性研究現狀與展望
疲勞／斷裂可靠性研究現狀與展望
疲勞／斷裂可靠性研究現狀與展望.PDF
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焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計。
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
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
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
【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
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 Ansys Mechanical 疲勞與斷裂新功能介紹
直 播 內 容 簡 介
為方便更好的學習使用和了解 Ansys Mechanical ，這里向大家推薦一場今日直播，為Ansys5月直播合集第七場，本月還僅剩3場，【Ansys Mechanical 疲勞與斷裂新功能介紹 】，以下為直播詳情：
直播時間
2023 / 5/ 23 （今日）16.00-17.00
直播內容
Fatigue以及斷裂力學方法是分析結構耐久性的兩種主要方法。
發動機曲軸的斷裂失效分析
（4）各道主軸承中心線不同心，使曲軸受交變壓力的作用，導致曲軸斷裂。造成主軸承不同心的原因，除了缸體熱處理過程中自然失效機體本身變形引起的以外，往往還由于維修裝配或刮瓦時主軸承不同心引起。
（5）曲軸軸心線偏移使飛輪偏擺，在慣性力的作用下，也易使曲軸產生疲勞斷裂。按要求飛輪擺差不能超過0.8mm。
（6）曲軸與飛輪的錐孔配合不符合技術要求。若兩者之間貼合不是接觸而形成線接觸，則發動機工作時，飛輪就會松動，造成曲軸與飛輪之間的沖擊，此時飛輪受到兩個方向的沖擊，將易使曲軸鍵槽兩側面很快出現裂紋，如繼續使用，裂紋逐漸擴大，必將導致曲軸斷裂。這種情況一般在單缸機中多見。
2.裝配問題
（1）軸承裝配間隙過大或合金脫落，引起沖擊載荷增大。當曲軸轉動之后產生甩動現象，或機器發生飛車、搗缸、頂氣門等，造成曲軸過度受力，也可導致曲軸斷裂。
（2）曲軸換裝了不符合要求的平衡塊，或安裝時錯位以及曲軸磨修時采用偏心法，使曲軸半徑超差，破壞了原來的平衡，曲軸產生較大的慣性力，使曲軸疲勞而斷裂。
（3）在裝配軸承時，各曲軸主軸承緊度不一，使曲軸軸頸受力不均而造成曲軸斷裂。
（4）曲軸軸向間隙過大，運轉時前后串動，在柴油機負荷工作時，曲軸臂受到端面的附加反擊力，使應力集中而加速曲軸斷裂。
3.使用不當
（1）運行中發生飛車、燒瓦、抱軸、瓦蓋斷裂、活塞頂氣門等事故，導致曲軸斷裂。
（2）飛輪連接螺栓松動，運轉時曲軸發生抖動而失去平衡，產生較大的慣性力，使曲軸疲勞，極易在其尾端斷裂。
（3）發動機潤滑油道不暢通，使曲軸與軸瓦長時間處于摩擦狀態，導致曲軸斷裂。
（4）軸頸磨損超過使用極限，或表面裂紋劃痕太深，導致斷裂。
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