SN曲線
關注創建者：孫一凡仿真 創建時間：2021-05-12
SN曲線的視頻教程
fesafe軟件SN曲線的創建方法
1、以SNCurve_Sample為例，講述各材料參數物理意義 ，以及材料參數設置應注意的問題 2、如何通過材料的強度生成修正的SN曲線
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Ncode材料SN曲線自行計算方法_德國船級社GL標準
Ncode工程自建材料SN曲線 只介紹SN計算方法，沒有計算表格，需要自己去按照方法自己計算。如需表格，請聯系作者付費獲得。計算方法使用德國船級社GL標準計算。
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SN曲線的實例教程
圖2 某車型常規耐久路試對應的臺架Block
四、轉譜過程中的常見問題及解決方法
在轉譜過程中，經常會遇到如下幾個問題：
Q1：上述轉譜過程中，用的是偽損傷，計算損傷使用的SN曲線不是真實材料的SN曲線， 那能否在轉譜過程中，使用真實的SN曲線，利用真損傷來進行計算？
A1：首先肯定的說，這個思路理論上可以，而且如果操作得當，實際上轉譜精度比偽損傷要高，但是實際過程中并不推薦。原因如下：
1、SN 曲線的問題：真實SN曲線測試成本較高，難度較大，通常為了保證SN曲線的可靠度，通常需要同一個應力下，需要做多組試驗，然后基于威布爾分布來進行可靠度計算，同時，為了測試整條SN，還需要做不同應力下的材料壽命測試，所以實際過程中，我們去用試件去測試SN曲線，在保證高可靠度的前提下，得到準確的SN曲線，其難度是很高的。另外，真實的SN曲線除了跟材料本身有關，還跟熱處理類型（相同的材料，不同金相組織，SN曲線修正系數不一樣）、載荷類型（拉壓、扭轉和彎曲對材料SN的修正系數不一樣）、表面粗糙度以及零件截面形狀等多種因素相關，得到產品準確的SN曲線，難度極高，這也是FEA疲勞仿真分析難以保證高精度的核心因素之一。所以用偽SN曲線來進行相對計算，可以提升轉譜效率，降低轉譜難度。
2、名義應力修正問題：在疲勞預測領域，名義修正被發明出來的初衷，主要是為了降低SN曲線的測試難度以及真實壽命的預測難度，某種程度上可理解為是對整個真實壽命計算的一種簡化，我們可以想象一下，如果沒有名義應力修正的概念，最有可能的平替方法會不會是查表？！因為存在名義應力修正，那我們在測試SN曲線的時候，通常只需要測試應力比為-1 的SN曲線，如果沒有名義修正的概念，那么SN曲線的測試難度，就會呈指數級增長（需要測試更多不同應力比下的SN）。
展開 振動疲勞相對于靜態工況和瞬態工況的疲勞在OptiStruct中定義的主要區別在于：
?n 載荷曲線（FATLOAD）
? 疲勞控制參數的差異（FATPARM）
其他關于材料 SN 曲線及疲勞分析單元 (FATDEF) 的定義與靜態/瞬態工況分析相同，這里就不贅述了。
本期我們就來詳細介紹 FATLOAD，FATPARM 這兩部分~
1. 掃頻/定頻疲勞
掃頻以及定頻疲勞在 2017.2 版本中僅支持單軸疲勞，疲勞分析支持實體和殼單元，可以做 SN/EN疲勞。
1）卡片相關
FATLOAD
在原來的卡片的基礎上，加上SWEEP關鍵字，掃頻速度（SR）以及掃頻單位（按Hz/倍頻掃）。當SR=0，表示定頻疲勞，此時頻率為FREQ（i）中的第一個頻率。需要注意的是在掃頻/定頻疲勞中，一個FATEVNT中僅支持單個FATLOAD，不支持應力疊加。
FATPARM
同樣加上SWEEP 關鍵字，NF/DF 指定參與掃頻的頻率個數/增量；如果當前取到的頻率點沒有對應的應力結果，則用前后的頻率結果進行插值得到其應力。如果定義了NF則忽略DF。STSUBID指定靜力工況，用于引入平均應力。
2）損傷/壽命計算
a、定頻疲勞的損傷計為損傷量和總時長的乘積。
's o 損傷量可以由該頻率下的應力結果和材料的 SN 曲線確定在定頻疲勞中 FATSEQ 直接指定T(總時長)
b、掃頻疲勞的損傷則是計算頻率段內各采樣頻率上的損傷（=單循環損傷*循環次數），然后再疊加。
從上面的定義可知，重點在于確定循環次數以及單次循環的損傷量。
單次循環的損傷量可以由該頻率下的應力結果和材料的SN曲線確定。在掃頻中，按照NF/DF對直接求解得到的頻響函數應力結果進行采樣得到指定頻率下的應力結果。應用該應力結果計算單次循環產生的損傷。
展開 頻率響應分析工況設置如下圖所示：
圖3 電池包頻響分析設置
基于Ncode的隨機振動疲勞分析
3.1 頻率分析結果讀入，首先搭建疲勞分析五框圖，將頻響分析結果導入到五框圖中的FEinput模塊
圖4 隨機振動疲勞分析流程圖
3.2 定義PSD曲線，選擇Vibration on Generator，生成ZYX三個方向PSD加速度頻譜。
圖5 加速度PSD響應譜生成
3.3 振動疲勞分析設置，選擇Vibration on CAE Fatigue，建立三條振動載荷通道，分別是Z、Y及X。
在Vibration on CAE Fatigue模塊設置中，右鍵點擊Advanced Edit 點Yes；選擇duty cycle，并建立三個方向載荷，并將repeat count改為21h，即75600s。
3.4 材料設置 按照電池包安裝支架材料牌號，設置材料SN曲線，材料SN曲線如圖6所示：
圖6 材料SN曲線設置
上述步驟設置完畢后提交計算，在Ncode軟件中完成電池包隨機振動疲勞分析，分析全流程如圖7所示：
圖7 計算流程
3.5分析結果讀取
通過臺架振動疲勞分析，得到該支架最大損傷節點75842812為0.848，RMS應力值為58.16MPa，最小壽命為1.770次，即電池包振動疲勞在三個方向各經過21小時后，可以循環1.77次。
展開 圖2 疲勞壽命評估結果對載荷波動的強烈敏感性2
在（高周）疲勞壽命評估時，需要經由材料或結構的SN曲線，由載荷預測壽命。圖2中選擇了一個非常用代表性的金屬結構，代表其疲勞特性的SN曲線反斜率k值為5（常用取值范圍為3~10）。我們可以看到，在這種情況下，如果載荷僅僅上升15％，疲勞壽命就會縮短一半；如果載荷僅僅降低13％，疲勞壽命就會上升為原來的兩倍。
金屬結構的（高周）疲勞壽命極其敏感的隨作用在其上的載荷的變化而變化，載荷差之毫厘，（高周）疲勞壽命和損傷謬以千里。這一點，是每一個參與耐久性工程的工作者需要敏感和警覺的事情。
3 車輛耐久性工程中的突出矛盾和重大挑戰
現實中，當把一輛轎車或卡車交付給客戶之后，車輛生產商幾乎沒有辦法對于車輛的使用條件進行限定：客戶開著車在什么樣的路面上行駛，無法限定，盡管顯而易見不同路面對于車輛的損耗是完全不同的；客戶以一種什么樣的駕駛習慣和風格去開車，無法限定，可以預知的是不同的駕駛習慣對于車輛的損傷也是有明顯不同的；客戶對于車輛裝上怎樣的負載，哪怕有法律法規的約束，現實生活中的負載變異性也是非常大的，對于商用車，各種腦洞大開的“開掛”和超載比比皆是。
圖3 到達設計里程時車輛所承受載荷的巨大離散性2
我們在上一節談到并意識到，車輛結構的（高周）疲勞壽命極其敏感的隨作用在其上的載荷的變化而變化；而在現實生活中，由于車輛生產商對于客戶使用車輛的條件幾乎無法做任何有效的限定，因此，車輛在達到設計里程時所承受的載荷是非常離散的一個隨機變量。因此，車輛耐久性工程中的一個突出矛盾、問題和挑戰就凸顯和暴露了出來，這就是：
車輛疲勞壽命評估對載荷的高度敏感性，與到達設計里程時車輛所承受載荷的高度離散性之間的矛盾！
展開 · 包含了廣泛的材料應力壽命曲線（SN曲線）和應變壽命曲線（EN曲線）以及BS7608焊點組分數據。
· 材料庫可編輯，用戶可以任意添加材料數據。
·可以利用已知力學參數以及經驗公式估算材料應變壽命數據。
■ 計算結構的疲勞壽命。
■ 直觀的后處理功能
· 在ALGOR直觀友好的界面FEMPRO中直接觀察結果。
· 壽命、安全系數等值圖。
· 自動計算報告生成。
SN曲線的最新內容
3.4 材料設置 按照電池包安裝支架材料牌號，設置材料SN曲線，材料SN曲線如圖6所示：
圖6 材料SN曲線設置
上述步驟設置完畢后提交計算，在Ncode軟件中完成電池包隨機振動疲勞分析，分析全流程如圖7所示：
圖7 計算流程
3.5分析結果讀取
通過臺架振動疲勞分析，得到該支架最大損傷節點75842812為0.848，RMS應力值為58.16MPa
但是使用該疲勞工具計算疲勞問題，非常直觀易懂，可以作為初級疲勞計算案例使用，有助于理解SN曲線、載荷系數、應力比、應力選擇等相關疲勞概念。
11.選擇File：：Close Mechanical
Workbench項目界面左側工具箱中有DesignLife的八種分析系統。
前兩種方法適用于高周疲勞和低周疲勞的應變壽命分析。
Simufact Forming基于CAE疲勞技術，利用應變壽命（EN）或應力壽命（SN）曲線來進行計算。Simufact Forming模具壽命功能能夠預測與疲勞相關的模具失效，從而幫助企業在任何斷裂發生之前采取必要的預防措施。
原因如下：
1、SN 曲線的問題：真實SN曲線測試成本較高，難度較大，通常為了保證SN曲線的可靠度，通常需要同一個應力下，需要做多組試驗，然后基于威布爾分布來進行可靠度計算，同時，為了測試整條SN，還需要做不同應力下的材料壽命測試，所以實際過程中，我們去用試件去測試SN曲線，在保證高可靠度的前提下，得到準確的SN曲線，其難度是很高的。
這種關系是非線性的，以 SN 曲線為基礎，僅在日志記錄比例上約略為直線。
曲線定義，靜力學失效檢測，靜力學工況與瞬態工況疊加
優化：新增電熱分析的優化，拓撲優化支持銑削約束，形狀優化支持彈塑性材料，自由尺寸的厚度梯度約束
顯式：新增四種材料失效模型，支持 PCOMPLS 連續介質單元
王琪
Altair 高級技術經理
▉ 主講題目
是不是得知道材料SN曲線如何計算，才能做工程項目？是不是既要能自己處理載荷也要能自己生成載荷，才能解決實際載荷問題？要自己生成載荷，是不是得會動力學計算軟件才行？說到動力學計算軟件，那又會引出一大堆的問題。
實際疲勞損傷圖片
說了這么多，其實就是系統學習的問題。
對于ISO 6336第2和3部分中的點蝕和彎曲失效模式，y軸使用了應力，材料的應力疲勞極限由SN曲線表示，類似于灰色虛線。
在該TFF計算中，沒有這種曲線，通過/不通過標準，由紅線顯示；AFF最大值大于0.8，并且持續扭矩大于10^7次循環。
疲勞曲線選取Seam_Steel，如圖9所示。
疲勞曲線選取Steel_UML_UTS500。
