拉伸疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-24
拉伸疲勞的視頻教程
Fesafe橡膠疲勞仿真案例講解
（1）從裂紋擴(kuò)展角度介紹了橡膠疲勞的基本理論 （2）橡膠疲勞拉伸Abaqsu-CAE建模及Fesafe疲勞仿真案例講解，Step by Step
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拉伸疲勞的實(shí)例教程
改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項(xiàng)工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進(jìn)的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項(xiàng)新功能即智能裂紋擴(kuò)展技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴(kuò)展路徑和相關(guān)的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學(xué) (LEFM) 假設(shè)下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進(jìn)緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴(kuò)展分析準(zhǔn)確評估應(yīng)力強(qiáng)度因子 (SIF)、裂紋擴(kuò)展路徑和疲勞壽命評估。
疲勞裂紋擴(kuò)展結(jié)果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴(kuò)展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進(jìn)一步擴(kuò)展。就混合型載荷條件下裂紋擴(kuò)展的軌跡而言，本研究的結(jié)果與文獻(xiàn)中發(fā)表的幾項(xiàng)裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致，這些實(shí)驗(yàn)顯示了類似的觀察結(jié)果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值分析和壽命預(yù)測”。
第 2 步：設(shè)置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析：
步驟3：工程數(shù)據(jù)（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強(qiáng)度、拉伸極限強(qiáng)度和巴黎定律參數(shù)（C 和 m）組成。
展開 此時螺栓受到的載荷主要包含：
①螺栓軸力FB=F+Φ*P
②衰減的螺紋扭矩載荷T‘=k*T
對應(yīng)地會產(chǎn)生螺栓正應(yīng)力σ和切應(yīng)力τ
按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊和VDI2230校核要求，對于承受軸力載荷的螺栓需要滿足：
螺栓光桿表面應(yīng)力＜材料屈服強(qiáng)度（不發(fā)生塑性變形）
如果有密封壓力要求，則還需要滿足：
被連接件夾緊壓力＞密封壓力（不發(fā)生泄露）
同時可以觀察到，只要被連接件還處在被壓緊（未分離）的狀態(tài)，大部分軸向外載荷實(shí)際都是由被連接件分擔(dān)，也就是說：
如果螺栓受到軸向循環(huán)載荷作用，螺栓中的應(yīng)力波動只有Φ*P，而
對于螺栓疲勞問題而言，波動幅值的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均應(yīng)力水平，因此：
按照《螺紋緊固件聯(lián)接工程》，對于螺栓的拉伸疲勞問題需要滿足：
①被連接件夾緊力＞0（被連接件不發(fā)生分離）
②螺栓應(yīng)力幅＜螺栓拉伸疲勞極限（不發(fā)生拉伸疲勞）
【需要注意一點(diǎn)，
螺栓的拉伸疲勞極限不僅僅是指對應(yīng)材料的疲勞極限，而是考慮缺陷，應(yīng)力集中等因素（缺口系數(shù)）共同影響的疲勞極限值
】
假設(shè)軸向載荷P較大，使得被連接件發(fā)生分離，如圖所示：
則此時所有的外載增量都會疊加到螺栓上，而螺紋扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也會衰減甚至消失，螺栓主要受到的載荷為軸向拉力P
按照《螺紋緊固件聯(lián)接工程》，對于單次軸向過載需要滿足：
螺栓拉應(yīng)力＜材料抗拉強(qiáng)度（不發(fā)生拉伸斷裂）
切向受載狀態(tài)
展開 研究的主要目標(biāo)是展示裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，并研究孔洞對改進(jìn)型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴(kuò)展技術(shù)來準(zhǔn)確預(yù)測裂紋擴(kuò)展路徑和相關(guān)的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學(xué)（LEFM）假設(shè)下的混合模式疲勞壽命。這種方法涉及準(zhǔn)確評估應(yīng)力強(qiáng)度因子（SIFs）、裂紋擴(kuò)展路徑，并通過增量裂紋擴(kuò)展分析進(jìn)行疲勞壽命評估。疲勞裂紋擴(kuò)展結(jié)果表明，疲勞裂紋總是被孔洞吸引，因此它要么只能彎曲其路徑并向孔洞擴(kuò)展，要么只能在孔洞丟失后從孔洞處漂浮并進(jìn)一步擴(kuò)展。在混合模式載荷條件下的裂紋擴(kuò)展軌跡方面，本研究的結(jié)果與文獻(xiàn)中發(fā)表的幾項(xiàng)裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，這些實(shí)驗(yàn)觀察到了類似的結(jié)果。
3. : Setup
拖動Static Structural Analysis 到 ANSYS Workbench中:
4. : Engineering Data (Material Model)
o 選擇的材料為"SAE 1020 Carbon Steel".
展開 【圖文導(dǎo)讀】
圖1 溶解長碳納米管的方法以及產(chǎn)品表征
（a）制作基于金屬性碳納米管的可拉伸導(dǎo)電膜薄膜流程示意圖
（b）由S2E方法溶解的碳納米管的AFM圖像
（c）由普通超聲方法溶解的碳納米管的AFM圖像
（d）兩種不同方法得到的碳管長度統(tǒng)計(jì)
圖2 基于不同長度碳納米管的可拉伸透明薄膜的應(yīng)力-導(dǎo)電性表征
（a-d）三種分別基于3.2微米長碳納米管薄膜，0.8微米長碳納米管薄膜和3.2微米長碳納米管薄膜，預(yù)拉伸基底薄膜的應(yīng)力-透光率-導(dǎo)電率關(guān)系
（e）本工作與其他柔性導(dǎo)電材料對比
我們可以清晰看出，導(dǎo)電高分子材料有十分出色的延展性，但是其導(dǎo)電率通常很低。金屬納米線以及二維碳材料（如石墨烯等）負(fù)載到高分子薄膜上可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性，但是他們的導(dǎo)電性在應(yīng)力影響下衰減迅速，如果應(yīng)用到設(shè)備則無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電流輸出。銀、碳墨水打印材料可以實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性和延展性，但是其本身并不透光，無法應(yīng)用于柔性透明導(dǎo)電應(yīng)用中。
圖3 不同長度碳納米管可拉伸透明薄膜拉伸疲勞性能測試
（a）100%應(yīng)力拉伸測試光學(xué)照片示意圖
（b-e）基于長、短兩種碳納米管的拉伸疲勞表征
圖4 兩種不同長度碳管的拉伸與疲勞性能機(jī)理研究
0.8微米短碳納米管在0% （a），50%（b），100%（c）以及回到0%（d）應(yīng)力后的SEM圖像。
展開 2.耐冷熱疲勞性能
有些模具在工作過程中處于反復(fù)加熱和冷卻的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力變應(yīng)力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導(dǎo)致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，這類模具應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能。
3.耐疲勞斷裂性能
模具工作過程中，在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。其形式有沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強(qiáng)度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。
4.高溫性能
當(dāng)模具的工作溫度較高時，會使硬度和強(qiáng)度下降，導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性。
5.耐蝕性
有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出HCI、HF等強(qiáng)侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損。
6.強(qiáng)韌性
模具的工作條件大多十分惡劣，常承受較大的沖擊負(fù)荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂，因此模具要具有較高的強(qiáng)度和韌性。而模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)。
在五金沖壓件加工廠，沖壓模具的工作零件通常指的是凸模、凹模和凸凹模。
展開 
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拉伸疲勞的最新內(nèi)容
核心測試
疲勞裂紋擴(kuò)展測試、動態(tài)變載荷循環(huán)疲勞拉伸、最大撕裂能測試、本征強(qiáng)度測試。
工程價值
量化材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋萌生壽命，確定其耐久極限，為基于物理機(jī)理的疲勞壽命預(yù)測模型提供關(guān)鍵輸入。
疲勞裂紋擴(kuò)展測試示意圖
粘彈性、粘滯生熱與熱力學(xué)屬性
表征材料對時間、頻率和溫度的依賴性，對于預(yù)測動態(tài)工況下的性能與生熱至關(guān)重要。
時間：4月28日 ，9:00-11:00
合作伙伴：上海恒士達(dá)科技有限公司
地點(diǎn)：線上
費(fèi)用：免費(fèi)
立即報(bào)名
4月28日 | 基于Ansys的線纜編織軟管的力學(xué)與電磁屏蔽性能分析
簡介：基于Ansys Mechanical精細(xì)化編織幾何模型的非線性力學(xué)分析（如拉伸、彎曲及疲勞壽命預(yù)測），以及結(jié)合Maxwell模塊對軟管編織角、覆蓋率等參數(shù)進(jìn)行電磁屏蔽效能（SE）
在恒定振幅下進(jìn)行的簡單拉伸疲勞試驗(yàn)表明，增加載荷均值后，有應(yīng)變結(jié)晶的天然橡膠（NR）的壽命顯著增加，而無定形的丁苯橡膠（SBR）的壽命減少[2]。
在Endurica疲勞仿真分析軟件中，基于橡膠材料的斷裂力學(xué)行為，通過定義等效全松弛撕裂能Teq來描述材料的平均應(yīng)變效應(yīng)。
崗位職責(zé)：??
負(fù)責(zé)材料卡片相關(guān)方法開發(fā)及測試驗(yàn)證，包括高速拉伸、疲勞、蠕變、霍普金森桿等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與執(zhí)行；
基于力學(xué)/仿真背景，參與材料本構(gòu)模型開發(fā)與參數(shù)標(biāo)定；
協(xié)同團(tuán)隊(duì)提升材料卡片交付能力，支持客戶工程化需求。
??
改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項(xiàng)工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進(jìn)的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。
1. : Overview
2. 研究的主要目標(biāo)是展示裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，并研究孔洞對改進(jìn)型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴(kuò)展技術(shù)來準(zhǔn)確預(yù)測裂紋擴(kuò)展路徑和相關(guān)的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學(xué)（LEFM）假設(shè)下的混合模式疲勞壽命
02 Digimat用于金屬缺陷分析
使用Digimat，基于RVE的鑄件或增材制造零件宏觀行為孔隙率測試，可以預(yù)測結(jié)構(gòu)/制造仿真中使用的宏觀特性（拉伸、疲勞），研究損傷起始和傳播。
圖3.
分兩種情況：
平均應(yīng)力σm＜0，即應(yīng)力比r＜-1，材料整體受壓縮平均應(yīng)力，有利于疲勞裂紋的閉合；
平均應(yīng)力σm＞0，即應(yīng)力比r＞-1，材料整體受拉伸平均應(yīng)力，疲勞裂紋更容易擴(kuò)展，會降低材料的疲勞壽命；
應(yīng)力比對材料S-N曲線的影響
通過上圖，可以發(fā)現(xiàn)在指定N1的循環(huán)壽命下，當(dāng)應(yīng)力比r提高時，或者說，當(dāng)材料整體向受拉平均應(yīng)力轉(zhuǎn)變時，應(yīng)力幅值就會下降；同樣的道理，在指定應(yīng)力幅
但問題在于，有限元計(jì)算直接提取的最大應(yīng)力往往是集中應(yīng)力，也就是說，圖中606MPa并不能直接用干螺栓校核，相對的，應(yīng)該取光桿表面應(yīng)力450MPa作為校核應(yīng)力更加合理
被連接件夾緊壓力 >密封壓力
這一部分校核使用有限元校核確實(shí)相對容易許多，因?yàn)槟軌蛑苯犹崛「鱾€接觸面之間的接觸壓力，并且能夠觀察到接觸面的壓力分布情況對螺栓的連接狀況進(jìn)行判斷
螺栓應(yīng)力幅<螺栓拉伸疲勞極限
前文也說明過，
未來針對擴(kuò)散焊接空心結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究可以從以下方面展開：在構(gòu)建整體葉片疲勞預(yù)測模型時進(jìn)一步研究空心構(gòu)件內(nèi)部焊縫裂紋擴(kuò)展對葉片疲勞壽命的影響；在評估寬弦空心葉片的抗外物損傷能力時，綜合考慮外物沖擊對葉片表面和空腔結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散焊縫損傷的影響；不局限于某一種載荷，應(yīng)當(dāng)針對離心、振動以及彎曲等復(fù)雜載荷下疲勞性能展開研究；焊接接頭焊縫區(qū)附近的力學(xué)性能具有非均勻性，通過原位拉伸、原位疲勞以及納米壓痕法等顯微力學(xué)試驗(yàn)手段獲得焊縫附近不同區(qū)域的顯微力學(xué)性能參數(shù)
