葉片abaqus疲勞的案例
葉身表面條帶對葉片振動疲勞性能影響分析
文 / 關(guān)紅，邰清安，范秀杰，李光澤 · 中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責(zé)任公司
某轉(zhuǎn)子葉片選用鈦合金制造，該轉(zhuǎn)子葉片在腐蝕檢查時發(fā)現(xiàn)每批次有30%～40%數(shù)量的葉片表面存在腐蝕條帶，經(jīng)理化分析判斷為鍛造過程產(chǎn)生的剪切帶細晶組織，如圖1 所示。通過解剖分析條帶區(qū)的化學(xué)成分、顯微硬度與基體無明顯差異；條帶區(qū)晶粒不具有明顯織構(gòu)。由于無法量化其對葉片性能和壽命的影響，簡單的直接報廢處理無疑會造成周期變長和成本的巨大損失。葉片振動疲勞試驗是綜合考核產(chǎn)品使用性能的有效方法之一，因此，急需開展相關(guān)振動疲勞測試工作，確定斷裂產(chǎn)生的原因和斷口性質(zhì)，為后續(xù)處理類似問題提供支撐。
圖1 帶有條帶痕跡的鈦合金葉片
試驗方法
振動疲勞檢測
選取某級葉片中含條帶葉片30 片，編號1#～30#分為A、B 兩組，每組各15 片分別進行振動疲勞檢測。A 組：含有一條貫穿條帶的葉片；B 組：含有一條未貫穿條帶的葉片。
熒光檢測
對振動疲勞有裂紋葉片進行熒光檢測，確定裂紋部位。
開裂葉片斷口分析
將振動疲勞有裂紋的葉片進行裂紋斷口分析。
試驗結(jié)果與分析
條帶葉片的振動疲勞檢測
采用榫頭固持狀態(tài)考核A 組、B 組的某級轉(zhuǎn)子葉片的1 ～3 階頻率，測量3 片葉片的一階彎曲振動應(yīng)力分布，確定最大振動應(yīng)力位置，最后考核A 組、B 組的某級轉(zhuǎn)子葉片一階模態(tài)下的中值振動疲勞壽命(榫頭開裂為無效葉片)。
⑴葉片固有頻率測試。葉片正式測頻之前先確定夾緊力矩大小，夾緊力矩的大小由試驗確定。
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某轉(zhuǎn)子葉片選用鈦合金制造，該轉(zhuǎn)子葉片在腐蝕檢查時發(fā)現(xiàn)每批次有30%～40%數(shù)量的葉片表面存在腐蝕條帶，經(jīng)理化分析判斷為鍛造過程產(chǎn)生的剪切帶細晶組織，如圖1 所示。通過解剖分析條帶區(qū)的化學(xué)成分、顯微硬度與基體無明顯差異；條帶區(qū)晶粒不具有明顯織構(gòu)。由于無法量化其對葉片性能和壽命的影響，簡單的直接報廢處理無疑會造成周期變長和成本的巨大損失。葉片振動疲勞試驗是綜合考核產(chǎn)品使用性能的有效方法之一，因此，急需開展相關(guān)振動疲勞測試工作，確定斷裂產(chǎn)生的原因和斷口性質(zhì)，為后續(xù)處理類似問題提供支撐。
圖1 帶有條帶痕跡的鈦合金葉片
試驗方法
振動疲勞檢測
選取某級葉片中含條帶葉片30 片，編號1
#～ 30
#分為A、B 兩組，每組各15 片分別進行振動疲勞檢測。A 組：含有一條貫穿條帶的葉片；B 組：含有一條未貫穿條帶的葉片。
熒光檢測
對振動疲勞有裂紋葉片進行熒光檢測，確定裂紋部位。
開裂葉片斷口分析
將振動疲勞有裂紋的葉片進行裂紋斷口分析。
試驗結(jié)果與分析
條帶葉片的振動疲勞檢測
采用榫頭固持狀態(tài)考核A 組、B 組的某級轉(zhuǎn)子葉片的1 ～3 階頻率，測量3 片葉片的一階彎曲振動應(yīng)力分布，確定最大振動應(yīng)力位置，最后考核A 組、B 組的某級轉(zhuǎn)子葉片一階模態(tài)下的中值振動疲勞壽命(榫頭開裂為無效葉片)。
圖2 夾緊力與固有頻率關(guān)系圖
⑴葉片固有頻率測試。葉片正式測頻之前先確定夾緊力矩大小，夾緊力矩的大小由試驗確定。夾緊力矩與固有頻率關(guān)系如圖2 所示，當(dāng)試驗系統(tǒng)不變時，對葉片逐漸加大夾緊力矩(橫向頂緊葉片的螺栓的夾緊力矩)，葉片固有頻率值會逐漸升高，而當(dāng)夾緊力加到某一定值時，固有頻率不再升高，此時的夾緊力矩即為葉片頻率測試的夾緊力矩。本次試驗夾緊力矩為60N.m。
展開 壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預(yù)測方法
壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預(yù)測方法
壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預(yù)測方法.rar
壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預(yù)測方法.JPG
改善近壁流動通道循環(huán)疲勞，看GE如何發(fā)力新型渦輪轉(zhuǎn)子葉片
3D打印可以實現(xiàn)更復(fù)雜更集成的設(shè)計，這使得葉片的冷卻通道設(shè)計可以以功能實現(xiàn)為主。
更隨形，更復(fù)雜
燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪機，在壓縮機中壓縮的空氣與燃料混合并在燃燒器中點燃，然后通過渦輪機膨脹以產(chǎn)生動力。渦輪機內(nèi)的部件，特別是周向排列的轉(zhuǎn)子和定子葉片，為了承受重復(fù)的熱循環(huán)以及該環(huán)境的極端溫度和機械應(yīng)力，翼型必須具有堅固的結(jié)構(gòu)并且被主動冷卻。
渦輪轉(zhuǎn)子和定子葉片通常包含形成冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部通道或回路，冷卻劑（通常是從壓縮機排出的空氣）通過該冷卻系統(tǒng)循環(huán)。這種冷卻回路通常由內(nèi)部肋形成，所述內(nèi)部肋為翼型提供所需的結(jié)構(gòu)支撐，并且包括多個流動路徑以將翼型保持在可接受的溫度范圍內(nèi)。通過這些冷卻回路的空氣通常通過翼型的前緣、后緣、吸力側(cè)和壓力側(cè)上的薄膜冷卻孔排出。
燃氣輪機的效率隨著點火溫度的升高而增加，因此，對技術(shù)進步的需求不斷增長，為了使渦輪葉片能夠承受更高的溫度。這些技術(shù)進步有時包括使用能夠承受更高溫度的新材料，也經(jīng)常涉及改善翼型的內(nèi)部構(gòu)造以增強葉片結(jié)構(gòu)和冷卻能力。
眾所周知，通過在四壁布置中形成的近壁流動通道可以實現(xiàn)高冷卻效率。然而，近壁流動通道的挑戰(zhàn)在于外壁經(jīng)歷比內(nèi)壁顯著更大的熱膨脹水平。這種不平衡的增長導(dǎo)致在內(nèi)肋連接的點處產(chǎn)生應(yīng)力，這可能導(dǎo)致低的循環(huán)疲勞，這可能縮短葉片的壽命。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，GE公司通過3D打印技術(shù)正在開發(fā)一種渦輪轉(zhuǎn)子葉片，葉片的特殊設(shè)計包括由凹壓側(cè)外壁和凸吸入側(cè)外壁限定的翼型，翼型沿前緣和后緣連接，并且在它們之間形成徑向延伸的腔室，用于接收冷卻劑的流動。
展開 
干貨直播 I 風(fēng)電行業(yè)9個主題：STAR-CCM+、結(jié)構(gòu)強度、葉片流場、電磁、多體疲勞...
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本次研討會圍繞風(fēng)電裝備研發(fā)過程中涉及到的整機性能、風(fēng)環(huán)境、葉片流場、氣彈流固耦合，葉片復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)強度、電磁、振動噪聲、齒輪傳動、多體疲勞，機組熱管理、儲能、區(qū)域能源、數(shù)字化運維等領(lǐng)域，結(jié)合西門子工程咨詢在風(fēng)電行業(yè)最佳實踐，分享 Simcenter 仿真與測試技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域的前沿應(yīng)用。
邀請部門
總體部、葉片設(shè)計部門、仿真計算、機械傳動設(shè)計、機電控制、液壓設(shè)計、散熱分析、電機設(shè)計等部門
邀請對象
數(shù)字孿生研究人員、技術(shù)總監(jiān)、CAE 專家、測試工程師、設(shè)計工程師、控制工程師、相關(guān)高校老師及學(xué)生
議程搶先看
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01
時間：8月15日
分會場一：Simcenter STAR-CCM+風(fēng)機葉片氣動性能仿真及優(yōu)化方案
本次研討會主要介紹 STAR-CCM+在風(fēng)機葉片氣動性能仿真及優(yōu)化的解決方案，主要包含：
葉型優(yōu)化：型線導(dǎo)入，網(wǎng)格設(shè)置，葉型參數(shù)優(yōu)化及拓撲優(yōu)化技術(shù)，轉(zhuǎn)捩模型
動網(wǎng)格技術(shù)：滑移網(wǎng)格，嵌套網(wǎng)格，網(wǎng)格變形
運動定義：葉素動量法，運動坐標(biāo)系，剛體運動，六自由度運動
葉片氣彈流固耦合分析方法等
分會場二：先進復(fù)合材料葉片設(shè)計分析制造一體化
Fibersim作為先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)開發(fā)平臺，提供了專門針對風(fēng)機葉片的高效設(shè)計迭代方法及同CAE工具的雙向鏈接接口。
展開 疲勞分析|Abaqus Goodman方法案例操作 附ABAQUS疲勞分析簡介下載
Abaqus/View結(jié)果讀取
讀取分析歷程中的最大交變應(yīng)力和最小交變應(yīng)力云圖
新建場變量：Alternating Stress和Mean Stress
根據(jù)公式：
在Abaqus后處理新建場變量
輸出場變量值到Excel
針對新建場，輸出單元積分點對應(yīng)的交變應(yīng)力和平均應(yīng)力，并輸出到Excel，與Goodman圖一并繪制。
上圖，
仿真所得單元積分點落到
曲線的上方或下方，
處于上方為疲勞壽命沒達到
臨
界曲值
10
E5
次。
下載地址：ABAQUS疲勞分析簡介
聯(lián)合ABAQUS與Fe-safe的隨機振動疲勞分析（隨機疲勞理論及有限元軟件操作講解） ￥25
4.3.2 隨機振動分析結(jié)果
由Abaqus計算隨機振動，獲得均方根（RMS）應(yīng)力，Mises均方根應(yīng)力如圖9所示。最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在靠近固定的拐角處。故振動疲勞分析重點留意此區(qū)域附近。
4.3.3 隨機振動疲勞分析結(jié)果
使用fe-safe計算振動疲勞壽命，獲得算例最短的振動時間 T=10E+4.52=33113秒 ，算例模型中最短壽命區(qū)域與隨機振動分析結(jié)果相吻合。
5. 結(jié)論
本文介紹隨機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，對某一啞鈴狀板梁進行了隨機振動疲勞壽命仿真分析，同時也介紹了該聯(lián)合仿真分析的流程。在分析結(jié)果中，對比了隨機振動仿真的RMS計算結(jié)果和fe-safe隨機疲勞壽命的計算結(jié)果，評估分析結(jié)果的可信度。此疲勞仿真分析技術(shù)對產(chǎn)品的開發(fā)有著重要的幫助，可以在產(chǎn)品設(shè)計階段有效控制其疲勞壽命, 指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
此外，后期我會補充一些實際項目中的應(yīng)用案例，為讀者在解決實際的工程問題中提供一定的參考,敬請期待！
參考文獻
[1] 劉龍濤，李傳日，程祺. 某結(jié)構(gòu)件的隨機振動疲勞分析[J]. 振動與沖擊，2013, 32(21)
[2] 林 明，謝里陽. 疲勞壽命預(yù)測頻域方法分析與比較[J]. 失效分析與預(yù)防，2016，11(5)
[3] 楊萬均，施榮明. 隨機振動應(yīng)力幅值的分布規(guī)律[J]. 機械設(shè)計與研究，2011，27(6)
[4] 李西順. 基于OptiStruct的電動汽車電池包振動疲勞分析. Altair技術(shù)大會優(yōu)秀論文
[5] 達索公司. Abaqus Analysis User's Manual.
展開 ABAQUS低周循環(huán)疲勞LCF模擬三維疲勞裂紋擴展一些經(jīng)驗 ￥2.6
ABAQUS中的LCF(LOW CYCLE FATIGUE功能結(jié)合XFEM和PARIS法則可以模擬裂紋的疲勞擴展，計算裂紋每前進一步所需要的循環(huán)次數(shù)。下面給出了具體的C3、C4與Paris參數(shù)的計算過程，和自己看論文等的一些總結(jié)與經(jīng)驗，關(guān)于step的一些調(diào)整等，后面做了一個三維平板的案列，案例參考文獻中的參數(shù)，結(jié)果與文獻中較為符合，參考文獻和CAE也給出。
Abaqus 應(yīng)用之疲勞 + XFEM ￥9.99
而 Abaqus 作為一款強大的有限元分析軟件，在處理疲勞分析和擴展有限元法（XFEM）方面有著卓越的表現(xiàn)。
一、Abaqus 中的疲勞分析
疲勞是指材料在循環(huán)載荷作用下，經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后，產(chǎn)生裂紋并逐漸擴展，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的現(xiàn)象。Abaqus 提供了全面的疲勞分析工具，可以幫助工程師預(yù)測結(jié)構(gòu)在疲勞載荷下的壽命。
疲勞分析方法
應(yīng)力壽命法：基于材料的 S-N 曲線，通過計算結(jié)構(gòu)在循環(huán)載荷下的應(yīng)力范圍，來預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
應(yīng)變壽命法：考慮材料的塑性變形，通過計算結(jié)構(gòu)在循環(huán)載荷下的應(yīng)變范圍，來預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
裂紋擴展法：基于斷裂力學(xué)理論，通過計算裂紋在循環(huán)載荷下的擴展速率，來預(yù)測結(jié)構(gòu)的剩余壽命。
疲勞分析流程
定義材料屬性：包括彈性模量、泊松比、屈服強度、疲勞性能參數(shù)等。
建立有限元模型：根據(jù)實際結(jié)構(gòu)建立幾何模型，并進行網(wǎng)格劃分。
施加載荷和邊界條件：根據(jù)實際工況，施加循環(huán)載荷和邊界條件。
進行疲勞分析：選擇合適的疲勞分析方法，設(shè)置分析參數(shù)，進行疲勞分析。
查看分析結(jié)果：查看結(jié)構(gòu)的疲勞壽命、損傷分布等結(jié)果，評估結(jié)構(gòu)的可靠性。
二、Abaqus 中的 XFEM
擴展有限元法（XFEM）是一種用于模擬裂紋擴展的數(shù)值方法。與傳統(tǒng)的有限元法相比，XFEM 不需要對裂紋進行重新網(wǎng)格劃分，可以有效地模擬裂紋的任意路徑擴展。
展開 ABAQUS斷裂與疲勞理論與案例實施 ￥20
由于課程內(nèi)容包含斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)，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(jié)構(gòu)失效的最常見原因。為了調(diào)查這種現(xiàn)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(fā)和驗證精確的數(shù)值模型。這是我們課程背后的主要驅(qū)動力，因為它能夠準(zhǔn)確可靠地預(yù)測裂紋的生長。本課程深入探討了使用擴展有限元法 （XFEM） 結(jié)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(xiàn)。該課程強調(diào)直接循環(huán)疲勞和低周疲勞方法，為分析材料在循環(huán)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(xué)習(xí)：1.斷裂力學(xué)基礎(chǔ)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(yīng)用于裂紋擴展模擬。&nbsp;– XFEM 的覆蓋范圍，包括富集函數(shù)，以及&nbsp;級別設(shè)置方法。&nbsp;&nbsp;– 如何在傳播過程中不重新劃分網(wǎng)格的情況下對裂縫進行建模，以及 XFEM 如何處理不連續(xù)性.</div><div contenteditable="false" width="100%">3.疲勞裂紋擴展?fàn)顟B(tài)：&nbsp;&nbsp;– 了解裂紋尺寸和周期之間的關(guān)系，包括應(yīng)力比效應(yīng)等因素。
展開 Abaqus XFEM疲勞裂紋擴展(基于Paris公式)教程 ￥39.9
Abaqus XFEM疲勞裂紋擴展(基于Paris公式)教程
本文將詳細介紹在abaqus軟件中，利用擴展有限元（XFEM）實現(xiàn)疲勞裂紋擴展，用的是二維CT模型，三維模型同理。
主要包括一下幾方面：1.模型的建立（包括材料賦予，預(yù)制裂紋，分析步設(shè)置，邊界條件設(shè)置）2.關(guān)鍵詞設(shè)置（裂紋擴展的Paris公式在abaqus中的換算）3.收斂問題。
1. 模型的建立
根據(jù)國標(biāo)GB/T 6398-2017，金屬材料疲勞試驗疲勞裂紋擴展方法所規(guī)定的CT模型建模方法：
在abaqus中建模并且在中間畫好過渡線，可得：
再建一個預(yù)制裂紋（裂紋長度為1mm，你可以根據(jù)自己需要選擇長度）的模型：
材料賦予正常進行，賦予彈性和塑性就行，預(yù)制裂紋不需要賦予材料屬性（例子為了方便，只賦予彈性部分）
裝備部分，選擇CT模型及預(yù)制裂紋兩個part，再將預(yù)制裂紋移動至裂紋尖端:
Step設(shè)置：
本文用的是direct cycle分析步
展開 
abaqus電池包隨機振動疲勞分析（附模型及分析流程） ￥88
本例展示基于功率譜密度曲線（PSD）的電池組疲勞分析，即針對隨機振動的疲勞壽命 分析。
1 問題設(shè)定 一塊電池組，尺寸為 70mm x 175mm x 400mm。該電池組的兩端共有 6 個端點，分別受 到垂直于電池組平面的激勵作用，且激勵的加速度功率譜密度曲線（ASD）相同。 由于在隨機振動基于線性動力學(xué)原理，因此電池，PC 材料等采用實體建模，其他鈑金 采用殼單元建模， 設(shè)定相關(guān)的 fastener 點焊單元，coupling 耦合單元和 tie 約束，建立零件 和零件之間相應(yīng)的連接關(guān)系。
兩端所對應(yīng)的 PSD 譜線如下圖。請注意該曲線的頻率截斷在 200Hz 處。
2 分析過程 一般來說，針對隨機振動的疲勞分析包含兩大步。第一步是在 Abaqus 中完成固有模態(tài) 和掃頻兩個計算；第二步是把這兩個計算結(jié)果與 PSD 曲線一起輸入 fe-safe，運行若干設(shè)置 后完成疲勞分析，得到相關(guān)結(jié)果。
以下內(nèi)容包含完整的詳細的電池包跌落仿真分析 附件為完整教程和CAE模型文件.rar
展開 abaqus與fatigue結(jié)合疲勞分析
abaqus與fatigue結(jié)合疲勞分析
為如圖1所示的中心孔板，材料為LY12-CZ，板寬50mm,孔直徑為8mm，板厚1mm。LY12-CZ鋁板彈性模量E=68GPa，強度極限σb=482MPa。在板的兩邊施加1MPa的均布拉應(yīng)力。
圖1 中心孔板結(jié)構(gòu)示意圖
1、應(yīng)力計算結(jié)果與分析
對上述模型進行有限元計算，結(jié)果應(yīng)力云圖如圖2所示。
圖2 應(yīng)力云圖
2、*.Fil文件說明
*.fil文件是ABAQUS的一種二進制輸出文件，供其他軟件（如Patran）后處理使用，如生成X-Y曲線，制作二維表格等，可以輸出的項目包括：單元、節(jié)點、接觸面、能量、模態(tài)、梁截面等的輸出信息，輸出的方法是在INP文件中增加輸出指令，
生成*.fil文件的步驟如下
對ABAQUS/Standard，可以直接輸出.fil文件，步驟如下：
在inp文件中，step步驟之后， end step步驟之前，加上以下內(nèi)容：
*NODE FILE
RF,U,V
**輸出節(jié)點的作用力(RF)，位移(U,V)到*.fil中
*EL FILE
S,E
**輸出單元應(yīng)力(S)，應(yīng)變(E)到*.fil中
在abaqus的job界面重新運行inp文件，即可得到對應(yīng)的fil文件
3、疲勞壽命估算
疲勞壽命估算需用到MSC.Patran軟件中的MSC.Fatigue模塊。如圖3所示，MSC.Fatigue位于MSC.Patran的Tools菜單下，點擊Main Interface即可進入MSC.Fatigue模塊主界面。
圖3 在MSC.Patran中進入MSC.Fatigue界面
對結(jié)構(gòu)施加的疲勞載荷譜見表1。
展開 ABAQUS關(guān)于疲勞分析的實例
有沒有ABAQUS關(guān)于疲勞分析的實例呢？剛剛才接觸一點頭緒都還沒，希望做過這方面的能夠指教，謝謝
Abaqus-Fesafe疲勞計算過程詳解
Fesafe是一款高級疲勞耐久性分析和信號處理的軟件，它是多軸疲勞分析解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者，算法先進，功能全面細致，是世界公認精度較高的疲勞分析軟件。
Abaqus結(jié)合Fesafe計算疲勞強度操作過程如下：
1、根據(jù)疲勞載荷譜完成有限元分析，得到各種疲勞載荷下的應(yīng)力狀態(tài)
2、在Fesafe中依次完成以下設(shè)置，計算得到強度因子。
對于結(jié)構(gòu)部件較復(fù)雜的幾何模型，不同材料需要設(shè)置不同的集合，便于Fesafe中順利完成材料參數(shù)設(shè)置。如果沒有材料S-N曲線的具體參數(shù)，可以利用軟件自帶的功能計算S-N曲線，輸入彈性模量及抗拉極限即可。對于疲勞載荷譜較復(fù)雜的，fesafe中要設(shè)置多個block完成相應(yīng)工況分析。
具體操作過程見視頻：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10141
結(jié)合第一期入門教程，祝您快速掌握Abaqus-Fesafe疲勞計算流程，并獨立完成絕大部分工程問題分析。
技術(shù)鄰：小月
展開 