疲勞力學
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-17
疲勞力學的視頻教程
斯姆勒之寧老師講材料力學系列2---------梁的拉伸基礎知識
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斯姆勒之寧老師講材料力學系列4------拉伸變形正截面和斜截面的應力關系
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斯姆勒之寧老師講材料力學系列07------溫度應力和裝配應力
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疲勞力學的實例教程
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金屬構件應用疲勞損傷力學_電子書 1.rar
1、疲勞曲線和對稱循環疲勞曲線
（一）疲勞曲線和疲勞極限
疲勞曲線：是疲勞應力與疲勞壽命的關系曲線，即S-N曲線，是確定疲勞極限、建立疲勞應力判據的基礎。
1860年，維勒（W?hler）在解決火車軸斷裂時，首先提出了疲勞曲線和疲勞極限的概念，所以后人也稱該曲線為維勒曲線。
對于一般具有應變時效的金屬材料，如碳鋼、球鐵等，當循環應力水平降到某一臨界值時，低應力段變為水平線段，表明試樣可以經無限次應力循環也不發生疲勞斷裂，故將對應的應力稱為疲勞極限，記為σ-1（對稱循環，r=-1）。這類材料如果應力循環107周次不斷裂，則可認定承受無限次應力循環也不會斷裂，所以常將107周次作為測定疲勞極限的基數。
另一類金屬材料，如鋁合金、不銹鋼等，其S-N曲線沒有水平部分，只是隨應力降低，循環周次不斷增大，此時只能根據材料的使用要求規定某一循環周次下不發生斷裂的應力作為條件疲勞極限，或稱有限壽命疲勞極限。
（二）疲勞曲線的測定
通常疲勞曲線用旋轉彎曲疲勞試驗測定，其四點彎曲試驗機原理見下圖。
S-N曲線的高應力（有限壽命）部分用成組試驗法測定，即取3-4級較高應力水平，在每級應力水平下，測定5根左右試樣的數據，然后進行數據處理，計算中值（存活率50%）的疲勞壽命。
用升降法測得的σ-1作為S-N曲線的最低應力水平點，與成組試驗法的測定結果擬合成直線或曲線，就可得到存活率為50%的中值S-N曲線。
（三）不同應力狀態下的疲勞極限
同一材料，不同應力狀態下的疲勞極限不同，但它們之間存在一定聯系。
實驗確定：對稱彎曲疲勞極限與對稱拉壓、扭轉疲勞極限之間存在一定關系。
（四）疲勞極限與靜強度的關系
試驗表明，金屬材料的抗拉強度越大，其疲勞極限也越大。
對于中、低強度鋼，疲勞極限與抗拉強度間大體呈線性關系。
展開 小結和展望
本文討論了斷裂力學分析疲勞的一些重要概念，并結合自身理解說明了其與S-N曲線方法的聯系。斷裂力學方法因為引入了裂紋長度a，能更好的反應實際裂紋從萌生到擴展，最后到破壞的過程。
誠然，斷裂力學計算要比S-N曲線方法要復雜。但同時它也給我們一些啟示。在采用S-N曲線方法是我們知道疲勞的結果對應力水平Δσ的高低很敏感。事實上，一些相同（近）設計的船舶和海洋工程，在相似的環境條件下，有些出現疲勞問題，有些沒有發生。疲勞發生的“方差”是比較大的。斷裂力學的計算表明初始缺陷的取值對結果影響很大。感興趣可以結合附件中第二個小例子試算，下圖的曲線體現了不同的初始缺陷對總循環次數的影響。
焊接的初始缺陷和設計、建造工藝、建造水平、質量保證及控制（QA/QC）和檢驗水平都息息相關。可以說只有把它納入到設計考慮中，我們的疲勞計算才能更接近實際，變得更有意義。
寫在最后
可以預見，當斷裂力學方法不斷應用，并伴隨著建造單位的質量管理不斷進步，可能在未來為疲勞強度理性設計和優化提供客觀條件。比如漂浮式風機的商業化批量建造，就可能需要斷裂力學方法為平臺的優化和減重設計提供重要的設計依據。
附件：參考的BS7910規范和Python程序
BS7910規范：
Welding Toe:
Welding Root:
Python程序1，計算焊接根部root的疲勞循環次數
作者：Simon 仿真xiu專欄作者
展開 摘 要：本研究通過數值計算和室內實驗仿真的方式開展了對常規巖土力學試驗主應力組成分析與疲勞荷載的研究。進行了常規巖土力學試驗的仿真，并得出了主應力分布特點。通過建立疲勞仿真計算模型，對試件進行疲勞仿真驗證，針對四組不同算例對試件的疲勞荷載進行模擬分析。通過研究得出不同主應力組合對試件的疲勞荷載有著一定影響。
關鍵詞：常規;試驗;疲勞;組成分析;主應力;巖土力學;
1 常規巖土力學仿真中的主應力分布特點
為實現對巖土力學試驗的仿真，開展研究前，引進Mohr-Coulomb（莫爾-庫倫強度理論）、Drucker-Prager(DP準則），將其作為參照，進行巖土材料在力學性能試驗中應力分布的研究[1]。
在此過程中，Mohr-Coulomb理論提出，材料發生破壞行為，大多屬于剪切破壞，在此種條件下，破壞面上存在剪應力，而對應的剪應力可以用法向應力函數表示，表達式如下：
式中：τf代表材料發生破壞時，破壞面上的剪應力；f（σ）代表法向應力函數。根據上述函數，可以確定巖土材料的莫爾破壞包絡線，如圖1所示。
圖1 巖土材料的莫爾破壞包絡線
圖1中，A、B代表破壞面的兩個莫爾圓；O1、O2代表兩個任意點莫爾圓半徑；M、N代表破壞面的垂直包絡線[2]。設定一個參數為巖土材料的屈服系數，將其表示為Q,Q的計算可以通過下述公式得到。
式中：Q代表屈服系數；O1代表任意點莫爾圓半徑；O1M代表圓心到包絡線距離。根據實際情況，應明確Q的取值在0～1之間，當計算后發現Q的值>1時，說明在此種條件下，巖土材料樣件已在法向應力作用下，達到了屈服破壞程度。
在上述內容的基礎上，參照DP準則，進行巖土材料屈服應力的分析，在此過程中，可以將巖土材料的樣件假設為一個三維模型，模型在三個方向的主應力構成三維應力空間[3]。
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Endurica所倡導的“基于斷裂力學的疲勞壽命預測”方法，其根基便源于此套嚴謹的熱力學與力學分析框架。E-rubber長期專注與橡膠及復合材料非線性力學與疲勞性能測試和表征，目標正是為了幫助客戶獲取這些關鍵的材料特性參數，將前沿的“設計指南”轉化為可輸入仿真軟件、可指導配方優化、可預測產品壽命的量化工程數據。
正如劉維民院士團隊在《Chemical Reviews》關于“聚合物凝膠力學調控”的重磅綜述中所指出的，前沿的解決思路是 “協同方法學”（synergistic methodology）——即協同運用分子工程與結構工程策略，以達成強度、韌性、彈性、疲勞等多重力學屬性的最佳權衡。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00498。
結構力學分析（靜力/動力/疲勞）、多體系統仿真（MBD）、鑄造/成型過程模擬是一個非常經典且覆蓋面廣的工業仿真問題，涵蓋了機械、材料和制造工程的核心領域。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，深入理解這些算法的計算特性，是為客戶提供精準、高效硬件配置方案的基礎。
我將為您逐一解析這三大仿真領域。
核心結論速覽表
為了研究循環加載下溫度和應變率對疲勞力學性能和變形機理的影響，分別在300K溫度下和應變率為1×109s-1的條件下進行了模擬計算，此外，還考慮了正弦形波循環加載對力學性能和變形機制的影響。
有限元數值法以計算機為平臺利用計算機的計算能力和強大的建模能力可以解決工程中復雜的幾何條件和邊界條件下的實際問題而且有限元法不僅局限于線彈性問題在研究彈塑性斷裂力學、疲勞和蠕變裂紋擴展速率等問題方面也同樣適用已經成為獲得應力強度因子的主要途徑。
在疲勞力學、仿真技術以及軟件開發領域擁有深厚的理論基礎和實踐經驗。
斷裂力學在疲勞裂紋擴展中的應用提供了有效的方法，其壽命主要取決于疲勞裂紋擴展速率da/dN(a為裂紋尺寸)和斷裂的臨界裂紋尺寸ac。
? Ansys技術方案
‐ 圍繞裂紋頂點的有限元單元應該是二次奇異單元，其中節點放到1/4邊處。（這些單元稱為奇異單元），Ansys經典劃分奇異單元比較麻煩，在WB會比較方便。
任職要求
1.研究生及以上學歷，力學、航空航天、機械、機器人等相關專業:
2.理論要求:振動理論、理論力學、固體力學(包括線彈性、粘彈性、塑性、沖擊動力學、疲勞力學)，有限元理論，信號處理與數據分析，機器人動力學;
3.熟練掌握常用有限元軟件，熟練掌握模態與振動測試方法;
4.具有復雜結構有限元建模、模態與傳遞函數仿真，以及測試對標經驗
5.能夠主動學習
摘 要：本研究通過數值計算和室內實驗仿真的方式開展了對常規巖土力學試驗主應力組成分析與疲勞荷載的研究。進行了常規巖土力學試驗的仿真，并得出了主應力分布特點。通過建立疲勞仿真計算模型，對試件進行疲勞仿真驗證，針對四組不同算例對試件的疲勞荷載進行模擬分析。通過研究得出不同主應力組合對試件的疲勞荷載有著一定影響。
關鍵詞：常規;試驗;疲勞;組成分析;主應力;巖土力學;
1 常規巖土力學仿真中的主應力分布特點
3) 材料力學行為：研究金屬材料的塑性變形、強度、疲勞和斷裂等力學行為，為擠壓和鍛造工藝提供理論支持。
4) 新材料與新工藝：研究新型金屬材料的擠壓和鍛造工藝，開發高性能、高強度的金屬材料。
5) 設備與工藝優化：研究金屬擠壓和鍛造裝備的設計、制造和優化，提高生產效率和質量。
在研究過程中，金屬擠壓與鍛造裝備技術國家重點實驗室可能使用多種軟件工具來支持其研究項目。
