金屬高溫低周疲勞
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-24
金屬高溫低周疲勞的視頻教程
ABAQUS低周疲勞分析
低周疲勞分析采用直接循環法直接得到結構的穩定循環響應 ，直接循環法將傅立葉級數近似與非線性材料行為的時間積分相結合，利用修正牛頓法迭代求得穩定的循環解 ，節省計算成本。可以通過控制傅里葉項的數量、迭代的數量和循環時間段內的增量提高精度。案例基于VCCT方法和Paris準則模擬了層壓復合材料界面上的漸進分層生長，適用于復合材料分層擴展模擬及求解彈塑性結構的塑性安定狀態。
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ABAQUS帶初始裂紋的節點低周疲勞裂紋擴展
若有討論，請私信；若有錯誤，請指教，并見諒，謝謝； 主要講解了ABAQUS中xfem帶預制裂紋的梁柱節點在低周（1000次）往復位移（1mm）載荷下產生的疲勞裂紋擴展； 講解了部分參數意義以及paris理論在abaqus中部分參數的獲取（c3,c4）的兩種計算方法 講解了部分參數的意義及影響 本視頻主要講解建模及模型調試建議，若有錯誤，請大家多多指教，謝謝
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金屬高溫低周疲勞的實例教程
在低周疲勞加載下，等原子面心立方 (FCC) CoCrFeMnNi 高熵合金的塑性變形由位錯結構（如位錯墻，位錯胞）的形成而累積，進而導致裂紋萌生。雖然已有文章報道過這些位錯結構，但關于它們的形成機制還存在爭議。此外，應變幅度、循環加載次數和晶粒取向對位錯結構的影響還未見報道。
德國卡爾斯魯厄理工學院的研究人員通過開展室溫下低周疲勞試驗，結合透射電鏡顯微結構研究，闡述了兩種不同晶粒尺寸的CoCrFeMnNi合金的循環變形行為和相應的微觀結構變化，并系統探討了不同位錯結構的形成機理。相關論文以題為 ‘Deformation mechanisms of CoCrFeMnNi high-entropy alloy under low-cycle-fatigue loading’ 發表在《Acta Materialia》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117089
本文通過透射電鏡研究表明，在低應變幅（0.3%）下，位錯結構主要由平面滑移帶（planar slip bands）組成，而在較高應變幅（0.5%和0.7%）下，位錯主要形成墻、迷宮和胞結構（wall， labyrinth and cell）等。這一結果也揭示了位錯的運動由低應變幅下的平面滑移向高應變幅下的交滑移的轉變。
展開 低周和高周疲勞的區分
根據產生裂紋所需的載荷循環次數，人們習慣將疲勞分為低周疲勞
和高周疲勞。兩者之間的界限并不明確，但通常以
1~
10萬次循環作為區分的依據。
在高周疲勞情況下，應力足夠低，因此應力-應變關系可以被認為是
線
彈性的。
而低周疲勞則包含非線性行為，材料應力-應變關系呈現滯回特性。
在分析高周疲勞時，應力范圍通常用于描述
受力
狀態
，而
在分析低周疲勞時，
則會選擇
應變范圍或耗散能量。
3. 高周疲勞的數學模型
材料疲勞領域的研究最早開始于
19 世紀，這一領域的持續發展產生了許多疲勞預測方法。其中一個經典模型就是 S-N 曲線。這一曲線將材料失效前所經歷的循環次數（即壽命）N 與單軸加載的應力幅值關聯起來。
曲線在水平軸上代表失效循環數，在垂直軸上代表載荷幅值。如果兩個軸都使用
log10
尺度，對于許多部件，載荷壽命關系將在很大的耐久性范圍內近似于一條直線。
總的趨勢是，降低應力幅值，可以獲得更長的材料使用壽命。通常這種相關性非常強，可以達到應力幅值降低10% 就能夠將使用壽命延長50% 。
圖3
載荷與失效循環數的關系
某些材料在疲勞試驗中表現出了應力閾值，稱為疲勞極限，當應力低于該閾值時，
將
不會出現疲勞損傷，組件的運行壽命可以無限長。
對于鋼，在大約10
7
次循環時可能有一個持久極限，這意味著幅值小于疲勞極限載荷的循環不會導致疲勞破壞，無論它們被施加多少次。
并非所有材料都有疲勞極限。有些材料即使在低
水平應力作用下，也會因疲勞而失效，比如鋁合金。
展開 ABAQUS中的LCF(LOW CYCLE FATIGUE功能結合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次數。下面給出了具體的C3、C4與Paris參數的計算過程，和自己看論文等的一些總結與經驗，關于step的一些調整等，后面做了一個三維平板的案列，案例參考文獻中的參數，結果與文獻中較為符合，參考文獻和CAE也給出。
low cycle fatigue1.zip
可以關注抖音abaquser
一次加載達到一定數值后，若直接算出來的G≥Gc時，構件發生開裂，若直接算出來的G小于Gc時，雖然不會直接開裂，但是會隨著疲勞關系慢慢發展開裂，但并不是加載多小都能開裂，算出來的G值必須大于Gc的0.01倍，小于Gc的0.85倍。
當加載進入0.01Gc至0.85Gc區間（Gthresh≤G≤Gpl）時，△G單次循環加載下最大G值與最小G值得差值，C1、C2是材料常數，在一次循環后abaqus計算出△G，由此可以計算出N，即可知道多少次能開裂，開裂后裂縫增長的速率隨著次數的是多快即為C3△GC4，C1、C2、C3、C4均為給定的材料常數。
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1、綜述
機器、車輛和結構的零部件經常會承受重復載荷的作用，由此產生的循環應力可導致相關材料發生微觀物理損傷，微觀損傷在連續的循環載荷作用下累積，直至發展成裂紋或其他宏觀損傷，這個過程稱為疲勞。疲勞分為高周疲勞和低周疲勞，一般將失效循環數小于次循環的疲勞稱為低周疲勞，將失效循環數大于此次數的疲勞稱為高州疲勞。低周疲勞一般采用基于應變的疲勞算法。
2、基于應變疲勞分析算法
穩定循環應力
abaqus低周疲勞裂紋擴展仿真案例講解
材料在變動的應力或應變重復作用下發生破壞，稱為疲勞破壞或疲勞失效。疲勞破壞是材料最常見的失效方式，約占機件總失效方式的50%-90%。疲勞裂紋是由反復施加的載荷引起的，若施加的載荷太小，則不會導致失效。疲勞裂紋通常從部件表面開始，這是裂紋萌生。然后，裂紋可能沿垂直于正應力的方向擴展。這是裂紋擴展。最后部件可能會斷裂。
下圖展示了疲勞斷裂的三個階段：
在低周疲勞加載下，等原子面心立方 (FCC) CoCrFeMnNi 高熵合金的塑性變形由位錯結構（如位錯墻，位錯胞）的形成而累積，進而導致裂紋萌生。雖然已有文章報道過這些位錯結構，但關于它們的形成機制還存在爭議。此外，應變幅度、循環加載次數和晶粒取向對位錯結構的影響還未見報道
1. 什么是材料疲勞
材料疲勞是一種結構在循環載荷作用下出現失效的現象。疲勞裂紋是由反復施加的載荷引起的，若施加的載荷太小，則不會導致失效。疲勞裂紋通常從部件表面開始，這是裂紋萌生。然后，裂紋可能沿垂直于正應力的方向擴展。這是裂紋擴展。最后部件可能會斷裂。
下圖展示了疲勞斷裂的三個階段：
圖1
應力強度因子，代表應力集中度，數值越大，代表應力越集中，材料越容易破壞，繼續加載，外力不斷增大，KI也隨著一直增大，直至KI增大到KIc，代表開裂。KI與KIc類似于材料所受內力與材料強度的關系。KIc為材料參數，不會隨著外力的變化而變化。算出KI后，裂縫尖端的位移及應力即可由公式計算出來。
能量釋放率的概念（J積分）
有兩個幾何形狀和受理完全相同的平板
ABAQUS中的LCF(LOW CYCLE FATIGUE功能結合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次數。下面給出了具體的C3、C4與Paris參數的計算過程，和自己看論文等的一些總結與經驗，關于step的一些調整等，后面做了一個三維平板的案列，案例參考文獻中的參數，結果與文獻中較為符合，參考文獻和CAE也給出。
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對于航空發動機高溫部件渦輪盤來說，蠕變失效和疲勞失效是其兩種主要的失效模式：在循環工作條件下，蠕變損傷和疲勞損傷不斷累積，并且蠕變損傷和疲勞損傷存在交互作用。因此，蠕變一疲勞損傷分析就成為渦輪盤壽命預測的重要組成部分。此外，由于金屬材料在高溫和高應力下存在明顯的蠕變變形，從而造成渦輪盤存在應力松弛現象，是否考慮應力松弛效應的壽命預測可能導致相差幾倍甚至上百倍的差別
基于ansys渦輪盤蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法
