疲勞力學的案例
“拒絕疲勞”力學工作室—自我介紹
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我們是一群“拒絕疲勞”力學愛好者。我們沉迷于專業的有限元疲勞分析工具和解決方案的開發。我們已經基于某國產自主仿真平臺開發了專門的有限元疲勞分析工具“原點”。
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我們的小伙伴覆蓋了專業的研發人員，擁有豐富經驗及專業技能的工程師、軟件開發專家。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。
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我們可以做：
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l 提供專業的疲勞仿真工具或根據客戶需求，定制開發適合特定行業和應用場景的分析工具。
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l 提供疲勞仿真技術咨詢和培訓服務，幫助掌握疲勞分析的技術方法和工程實踐。
展開 金屬構件應用疲勞損傷力學_電子書
金屬構件應用疲勞損傷力學_電子書 2.rar
金屬構件應用疲勞損傷力學_電子書 1.rar
關于疲勞曲線及基本疲勞力學性能
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 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
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 
常規巖土力學試驗主應力組成分析與疲勞仿真驗證
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]。
展開 3D打印點陣結構：材料疲勞容限設計與制造的力學性能綜述
?疲勞比任何其他機械性能更受制造工藝的影響，已有很多研究強調了缺陷的重要性。
3D打印零件的表面粗糙度包括大量的局部缺陷（也稱為微缺口），這些缺陷是疲勞裂紋萌生的潛在位置。3D打印技術參考曾詳述金屬材料的缺陷種類及其對疲勞性能的影響，在此我們不再展開討論（請查看延伸閱讀）。幾何缺陷也會對點陣結構的力學行為產生影響，為了在疲勞預測過程中采用更準確的實際晶格結構，可以使用CT掃描技術，在此方面北理工方岱寧院士團隊有詳細研究。
北理工方岱寧院士團隊3D打印的晶格結構和拉伸試樣
很多有關晶格材料的文獻表明，大多數疲勞設計方法都依賴于實驗，而這些實驗是為處理選定的晶格結構和材料而定制的，既費時又昂貴。另一方面，現有的理論方法似乎缺乏準確性，主要是因為它們的簡化方法可能無法捕捉晶格結構中的真實應力分布。在沒有殘余應力的情況下，可能影響晶格結構疲勞行為的變化源除了上面提到的幾點外，還可能包括晶格結構中的支柱連接，這也是本綜述關注的重點。
展開 結構力學分析（靜力、動力、疲勞）、多體系統仿真、鑄造/成型過程模擬算法分析，及工作站硬件配置推薦
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
仿真領域
核心算法/方法
計算特點
主要計算平臺
備注
結構力學分析
隱式/顯式有限元法
隱式: 求解大型稀疏矩陣; 顯式: 瞬態、高度并行
隱式: CPU多核為主;顯式: GPU >> CPU多核
疲勞分析基于隱式結果，動力分析兩者皆有。
多體系統仿真
常微分方程組數值求解
順序性強、規模相對較小、對CPU頻率敏感
CPU多核為主，CPU單核為輔
對CPU主頻要求高，GPU加速應用較少。
鑄造/成型模擬
CFD + 隱式有限元法 (耦合)
多物理場耦合、計算密度極高、非線性強
CPU多核 + GPU (雙核心)
CFD(流動)部分GPU加速效果顯著，FEM(凝固/應力)部分依賴CPU。
展開 大疆內推，有需要的聯系
幫朋友發一下大疆振動工程師的內推，有感興趣的朋友可以私信聯系
高級振動與強度工程
深圳市|技術類
職位描述
1.建模并分析產品的振動特性，開展驗證實驗，并進行振動優化設計;
2.仿真分析產品的強度、濕熱變形、沖擊
以及疲勞可靠性，設計并開展驗證實驗3.設計減振系統，測試驗證減振性能，制定
檢測標準;
4.分析產品的力學設計余度，管控產品性能的可靠性及一致性。
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、自我激勵，善于發現問題，能夠針對具體情況設計和實施科學合理的研究方案;
6.有工程全局視野，具備良好的書面和口頭表達能力、善于溝通，能夠在團隊協作中獨立承擔工作任務
展開 基于LAMMPS模擬Cu單晶疲勞循環加載過程
這種周期性變化通常是由于機械振動、疲勞測試、交變工作環境等因素引起的。循環載荷的大小和方向隨時間呈規律性變化，可以是正弦波、方波或其他形式的波形。循環載荷的影響一般采用應力-應變曲線或疲勞壽命實驗來確定。通常根據材料在循環載荷下的應力幅值、應變幅值以及循環次數來定義其疲勞性能。應力幅值較小、應變幅值較小且循環次數較少的條件下，材料可能表現出良好的抗疲勞性能；而應力幅值較大、應變幅值較大且循環次數較多的條件下，材料則容易發生疲勞破壞。疲勞壽命是表征材料在循環載荷作用下抵抗破壞能力的參數，宏觀上可以通過疲勞實驗測量。但是，宏觀與微觀之間存在差異，例如，微觀裂紋的萌生和擴展在宏觀實驗中可能難以直接觀察。為獲得循環載荷作用下材料行為的分子模擬和實驗結果間的定量比較與普適性解釋，通常以材料內部的微觀結構變化為特征，極端情況是材料內部無損傷和完全斷裂，介于兩者之間的所有其他狀態都可以認為是不同程度的損傷累積。
分子動力學在研究材料的循環加載行為及其微觀作用機理方面正逐漸展現出不可替代的價值。以銅（Cu）為例，作為廣泛應用的工程材料，其力學性能和循環加載下的響應特性是科研和工業界關注的焦點。選取面心立方（FCC）結構的Cu作為研究對象，其晶格參數來源于標準的晶體學數據庫，典型的Cu晶格參數為a=b=c=3.615?，α=β=γ=90°，形成高度對稱的立方晶胞結構。為了模擬實際材料中的加載情況，首先需要構建一個足夠大的Cu單晶模型，確保模擬結果能夠反映材料的宏觀行為而不受模型尺寸的限制。
圖1 (a)循環載荷加載曲線；(b)分子動力學模型
模型采用第三章中的 (100) 取向立方結構模型，X、Y、Z 三個方向分別對應于 [100]、[010]、[001] 取向,三個方向均采用周期性邊界條件以消除邊界效應。
展開 工業軟件(CAD、CAE和EDA)為什么這么難研發？(轉載）
以結構為例，為解決結構設計的問題，有可能會涉及到理論力學，分析力學，材料力學，結構力學，彈性力學，塑性力學，振動力學，疲勞力學，斷裂力學等一系列學科。在這個基礎上，主流的CAE軟件都支持結構優化功能。相對于傳統的CAE的僅限于評估設計是否滿足要求，結構優化軟件在創成式設計等先進技術支持下可自動生成更好的結構輕，性能優、裝配件少的更優設計。
圖2/物理場之上的工業模型
來源/DARPA
由于現實世界的發展要求，產品的智能化提高導致的復雜度提高，往往產品本身涉及多場多域問題。物理場有太多的組合，相互之間又干擾不清。這些復雜的問題，既要深刻理解學科自身的物理特性，并對這些學科物理特性所沉淀的學科方程，如電磁的麥克斯韋方程、流體力學的伯努利方程、納維-斯托克斯方程等等，深刻理解之外，還要對實際工程應用領域的多物理場交織耦合環境能夠快速解耦，讓不同學科不同特質的特征參數迭代過程中能夠互為方程組求解的輸入輸出，以便對多場多域的工程問題進行優化。
隨著現在需要處理的模型規模越來越大，模型本身也越來越復雜，現有國際上大型商業CAD、CAE、EDA中使用的幾何建模引擎和幾何約束求解商業化組件產品（包括InterOp、CGM、ACIS、CDS、Parasolid、D-Cubed等）廠商達索系統、西門子等也在不斷跟進最新的計算機技術。比如最近也在采用多線程技術不斷改進之前的算法，用于大幅提升模型導入、模型修復、縫合、實體建模、布爾運算、面片化以及約束求解的效率。
3/ 輪到了計算機科學
正如當年圍繞機床的“數控技術”，很快就演變為“計算機數控技術”和“計算機輔助設計”一樣，工業軟件的誕生和早期發展受到計算機與多媒體硬件進步的推動，之后又隨軟件技術、互聯網、計算模式的浪潮起伏。工業軟件是軟件，但它是硬件設備高度融合。
展開 工業軟件(CAD、CAE和EDA)為什么這么難研發？(轉載）
以結構為例，為解決結構設計的問題，有可能會涉及到理論力學，分析力學，材料力學，結構力學，彈性力學，塑性力學，振動力學，疲勞力學，斷裂力學等一系列學科。在這個基礎上，主流的CAE軟件都支持結構優化功能。相對于傳統的CAE的僅限于評估設計是否滿足要求，結構優化軟件在創成式設計等先進技術支持下可自動生成更好的結構輕，性能優、裝配件少的更優設計。
圖2/物理場之上的工業模型
來源/DARPA
由于現實世界的發展要求，產品的智能化提高導致的復雜度提高，往往產品本身涉及多場多域問題。物理場有太多的組合，相互之間又干擾不清。這些復雜的問題，既要深刻理解學科自身的物理特性，并對這些學科物理特性所沉淀的學科方程，如電磁的麥克斯韋方程、流體力學的伯努利方程、納維-斯托克斯方程等等，深刻理解之外，還要對實際工程應用領域的多物理場交織耦合環境能夠快速解耦，讓不同學科不同特質的特征參數迭代過程中能夠互為方程組求解的輸入輸出，以便對多場多域的工程問題進行優化。
隨著現在需要處理的模型規模越來越大，模型本身也越來越復雜，現有國際上大型商業CAD、CAE、EDA中使用的幾何建模引擎和幾何約束求解商業化組件產品（包括InterOp、CGM、ACIS、CDS、Parasolid、D-Cubed等）廠商達索系統、西門子等也在不斷跟進最新的計算機技術。比如最近也在采用多線程技術不斷改進之前的算法，用于大幅提升模型導入、模型修復、縫合、實體建模、布爾運算、面片化以及約束求解的效率。
3/ 輪到了計算機科學
正如當年圍繞機床的“數控技術”，很快就演變為“計算機數控技術”和“計算機輔助設計”一樣，工業軟件的誕生和早期發展受到計算機與多媒體硬件進步的推動，之后又隨軟件技術、互聯網、計算模式的浪潮起伏。工業軟件是軟件，但它是硬件設備高度融合。
展開 
力學賞析——古戰場上的力學模型
戰場瞬息萬變，陣法和戰法也千變萬化，但變必有不變相隨，依據力學原理，增加敵方隊形的內力，形成敵我雙方隊形內力的不對稱，這或許可以作為“一心”，保持此“心”，并有較強的指揮、實踐能力，就可以達到“運用之妙”的效果。
利用不同的力學模型還可以解釋其它幾種戰法的奧秘，如車懸陣，傳說為胡服騎射的趙武靈王所創（百度百科），是一種騎兵沖擊戰法，將騎兵分為若干方隊，并在橫向留出空隙讓敵軍躲避，不至于堵住前軍的路，而這些躲避的敵軍則留給后邊的騎兵收拾，攻擊完一波后繞至后軍，準備第二次攻擊。車懸很像車輪大戰，這里雖然沒有利用軍隊行進中的“牽引力”，卻似一個巨大的齒輪不斷的與敵軍接觸、磨損，由于己方士兵不斷交替輪換可以得到修正，而敵軍始終處于應戰疲憊狀態，這一陣形的戰術思想可用疲勞力學模型解釋。
日本戰國時代上杉謙信創車懸陣，使鐵炮輪流裝彈，善于進攻，成為日本赫赫有名的戰將（圖片來源于網絡）
方圓陣被認為是一種有效的防守陣形，見下圖，是方陣與圓陣的綜合，由多個方陣組成大圓陣，大將位于陣形中央，外圍兵力層層布防，長木倉、弓箭在外，機動兵力在內，與優勢敵軍交戰時使用。該陣特點是隊形密集，防御力極強。從力學模型來看，圓形在受到外壓力時，應力集中程度最低，因此較其它形狀更難以壓潰。傳說該陣由孫臏所創，但孫臏本人沒使用過，后由趙國趙括在秦軍的包圍且已斷糧的情況下祭出該陣，以二十多萬的趙軍組成方圓陣，秦將白起認得此陣，不敢強攻，只死守長平各要道，趙軍死守四十多天，后因糧絕而降（摘自百度百科）。
方圓陣（圖片來源于網絡）
戰爭的首要目標就是要打造出對壘雙方的不對稱性，增加獲勝的籌碼。拋開武器裝備，僅以作戰隊形和作戰方式而論，利用隊伍行進中的內力，選擇攻擊點就是利用力學原理創造的不對稱。
展開 【9月18-21日 北京】復合材料與Composites Modeler for Abaqus建模
復合材料由于其材料自身的特殊性，其力學行為作為該材料應用的基礎一直是研究人員關注的重點。復合材料也是增材減重的首選之一，復合材料的大量應用對分析技術提出新的挑戰。因此，對于復合材料的物理性能研究具有較大的研究意義。
Abaqus是一套功能強大的有限元軟件，被廣泛地認為是功能最強的有限元軟件，因其強大的求解器可以分析復雜的復合材料力學結構力學系統。由于Abaqus優秀的分析能力和模擬復雜系統的可靠性使得Abaqus被各國的工業和研究機構廣泛的采用。在大量的高科技產品研究中都發揮著巨大的作用。有限元數值模擬技術是提升復合材料結構部件產品質量、縮短設計周期、提高產品競爭力的一項有效手段。Abaqus可以很好的解決復合材料力學建模以及復合材料結構工程分析方法。
Composites Modeler for Abaqus（CMA）插件是基于Abaqus復合材料建模的單獨插件，該插件能與Abaqus 有效結合，高效的進行復合材料鋪層與受力分析，提高了復合材料鋪層模擬的精度與角度。高度的與實際加工工藝結合到一起，從復合材料結構設計到有限元仿真計算優化，到最后的制造鋪層，CMA使仿真更加真實。
本研修班課程設置主要分為三個部分：第一部分包括Abaqus復合材料建模的基本概念與基本分析方法，通過此部分的學習，學員可以快速掌握復合材料建模、鋪層、分析、后處理等力學基本概念與仿真操作方法；第二部分主要對工程中遇到的問題進行專題講解，包括夾層復合材料、增強復合材料，復合材料損傷、沖擊、疲勞等力學工況的分析；第三部分為Abaqus高級應用，專題針對CMA 插件進行講解，主要側重建模思路與基本方法，將復合材料設計、仿真、制造有機地結合在一起，讓學員學有所用，對復合材料建模與仿真有系統的理解。
展開 【技術交流】中廣核工程設計有限公司一行蒞臨遠算開展技術交流
接著，雙方就核電設備的抗震、斷裂和疲勞分析等力學性能分析技術展開項目技術交流，以及探討了圍繞著關鍵核電設備全生命周期運維管理的數字孿生系統。中廣核工程設計有限公司主要業務領域集中在核電工程咨詢、工程設計及在建核電工程和投運電廠的技術支持和服務等方面。而遠算科技是法國電力集團EDF（歐洲最大的核電運營單位，核能領域經驗豐厚）在中國工業仿真軟件領域的獨家戰略合作伙伴，深耕核電業務與應用場景。雙方對彼此在行業內的專業程度都表示認可和看好。
能源行業的數字化應用場景豐富，遠算科技期待與業內行業專家共同發力，助力解決工業軟件“卡脖子”現狀，推動建設數字中國。
更多資訊可登錄格物CAE官方網站
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展開 基于lammps構建合金的摻雜模型
1.合金的摻雜
背景：氫脆和氦脆是影響金屬疲勞壽命和力學、熱學性質的重要因素之一。同時一些非金屬元素也常作為固溶體來改善金屬的性能。從分子層面研究金屬摻雜對金屬結構的影響是非常重要的。我們可以通過試驗數據比較，進行隨機摻雜、指定位置摻雜等。可以計算摻雜原子的形成能壘，摻雜后對周圍原子的勢能和結構分布畸變、力學性能、熱導率等，研究摻雜原子對結構的改變而引起的力學、熱學和輻照性能的影響。下面將以NI中摻雜H為例。
2具體實施方式：
2.1. 通過ATOMSK、lammps、MS等方式可以建立自己想要的合金或純金屬模型，比如以lammps建立NI：
此時Ni的結構為FCC，默認按照初始元胞沿x方向復制40倍，y、z方向復制24倍。通過write_datas輸出文件到ovtio中進行觀察。
2.2. 通過自己的需要，通過編程或者lammps中的create_atom進行摻雜
如：create_atoms 2 random 50 12345 NULL overlap 0.8 maxtry 50
表示在全體區域插入類型為2的原子50個，最小距離為0.8，如果是metal單位，即是0.08nm。而通過自定義編程能實現更多可能性。比如下面通過python程序實現的在Ni原子0.2晶格距離處摻雜H原子。此時可以通過自定義H原子的數量、位置等信息。同時通過TEM、XRD等實驗手段觀測到的團簇或者具有特定的分布函數，也可以通過編程現實。
2.3在完成摻雜后可以采用displace_atoms等方式計算摻雜原子的移動能壘、也可以進一步計算其輻照、力學、熱學性能。
最后,有相關需求,歡迎通過公眾號聯系我們.
公眾號:320科技工作室
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