COMSOL疲勞分析的案例
如何在 COMSOL 中模擬接觸疲勞
在 COMSOL Multiphysics? 中對接觸疲勞進行建模
我們可以用兩種方法在 COMSOL Multiphysics 中建立接觸疲勞模型。一種方法是在兩個物體的界面上創建一個接觸對。必須對兩個物體都進行建模，并且必須沿著兩個接觸界面應用精細的網格。這種類型的接觸模擬往往計算量很大。
模擬接觸疲勞的另一種方法是使用與赫茲有關的經典解，用于兩個具有彎曲表面的彈性體之間的接觸，這在接觸力學的研究中有所描述。接觸中的一個物體被接觸壓力的分析解所取代，該壓力在另一個物體的表面上被指定。我們可以通過以下方式來實現。
在參數節點中指定接觸特性，如最大壓力和接觸軸，作為參數。
在變量節點中，將表面上某一特定位置的接觸壓力表示為變量
將接觸壓力指定為另一物體表面的邊界載荷
這樣做以后，我們就不需要對其中一個物體進行建模，這就減小了模型的大小。由于對所產生的應力狀態的準確解析需要一個精細的網格，任何減小模型大小的技術在接觸疲勞建模中都很重要。
為接觸物體的接觸壓力指定一個分析解的設置。
第二種技術是 COMSOL 疲勞模塊的案例庫中的兩個教程模型中所采用的：長期接觸疲勞和線性導軌中的滾動接觸疲勞。在第一個例子中，一個球形壓頭在被測材料上被反復壓緊和釋放。在第二個例子中，一個球形滾動元件沿著一個滾道槽移動。
兩個模型中的特征幾何長度都是幾毫米，這相當于球形物體的接觸半徑。接觸區的特征長度約為該測量值的十分之一。在長期接觸疲勞的例子中，壓頭的半徑為 7 mm ，接觸半徑為 260 μm。對于滾動接觸疲勞示例，滾動元件的半徑是 2 mm，兩個接觸橢圓軸分別是 161 μm 和 36 μm 。
展開 疲勞分析基礎知識資料--結構疲勞壽命分析
分享一個疲勞分析理論方面的資料，《結構疲勞壽命分析》，是軟件疲勞分析的基礎知識，相信對疲勞分析的兄弟會有所幫助。
結構疲勞壽命分析.part08.rar
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展開 WB13.0壓力容器疲勞分析報告（疲勞分析模塊的應用）
疲勞分析報告.doc
疲勞分析。對于簡單的疲勞分析，WB里面有疲勞分析模塊，已經滿足一般的疲勞分析需求。本分析項目，對一壓力容器在交變載荷下工作，對其整體進行疲勞分析。
特點：疲勞分析模塊的運用，模型和網格的精細化，六面體網格，合理的剖分，多體部件體的運用
本報告中刪去了與項目有關的數據，和企業名稱，由于單位的規定，所以刪去了一切與隱私有關的內容，希望大家理解和見諒。歡迎大家討論。
WB13.0螺栓疲勞校核（接觸分析，螺栓預緊力，疲勞分析模）
高強螺栓結構應力與疲勞校核分析報告.zip
高強螺栓的疲勞分析校核。應用WB自帶的疲勞分析模塊，對螺栓進行應力分析和疲勞校核。
特點：疲勞分析模塊的應用；螺栓預緊力；對稱，多載荷步；接觸非線性。
由于涉及企業隱私，和單位法規的規定，隱去報告中含有隱私的 部分，望大家見諒和理解，歡迎大家討論，共同進步。
疲勞分析|Abaqus Goodman方法案例操作 附ABAQUS疲勞分析簡介下載
Abaqus/View結果讀取
讀取分析歷程中的最大交變應力和最小交變應力云圖
新建場變量：Alternating Stress和Mean Stress
根據公式：
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的交變應力和平均應力，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
疲勞斷裂分析 附疲勞與斷裂華中科技大學下載
斷口1較為光滑平整，斷口邊緣已磨損，中部可見疲勞弧線[圖3(d)]；斷口2未見疲勞弧線。
圖2
圖3
2、掃描電鏡分析
斷口1在掃描電鏡下顯示疲勞弧線[圖4(a)]；根據弧線的走向可以找到疲勞源，疲勞源在[圖4(d)]右上方拐角處，局部放大，源區的細微組織大部分已磨損，但能看到放射棱特征[圖4(b)]；在疲勞擴展區可見疲勞條紋及二次裂紋[圖4(c)]；斷口2未見疲勞條紋，只有韌窩，可見斷口1是最先開始斷裂的斷口，而斷口2是二次斷口。
圖4
3、化學成分
在連桿身部位取樣，進行化學成分(質量分數，%)分析，結果符合GB/T3077-1999 20CrMnTi的化學成分要求 。
4、結果分析
綜合上述檢驗結果，失效件材料化學成份符合技術條件要求。
連桿斷裂端一側面出現非正常嚴重磨擦現象，軸承弧面靠近磨擦面一端出現的藍灰色的氧化膜，是黑色氧化鐵(Fe3O4)及紅色氧化鐵(Fe2O3)的混合體，其形成溫度在400℃以上。
展開 ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計
ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計算
1 概述
疲勞是指結構在低于靜態極限強度載荷的重復載荷作用下，出現斷裂破壞的現象。絕大多數的結構都存在疲勞的問題，比如一臺定時開啟運行的設備，比如橋梁，除了載荷導致的疲勞破壞，還有溫度或者其他場載荷都能導致疲勞的產生。關系到疲勞強度的主要因素使應力幅值、循環次數、平均應力等。
疲勞的危害是導致結構在未超過許用強度的狀態下發生破壞，例如一根能夠承受 300 KN 拉力作用的鋼桿，在 200 KN 循環載荷作用下，經歷 1,000,000 次循環后亦會破壞。
2 關鍵詞
事件：每種結構經歷的循環過程可能不一樣，甚至有的經歷多個事件，事件是指在特定的應力循環中不同時刻的一系列的應力狀態。這么說好像很難理解的樣子。
其實簡單點：舉個例子，一根梁，每隔半個小時施加一個彎矩，讓其彎曲，隔一個小時施加一個拉力，讓其受拉。很明顯這里有兩個循環事件，這兩個事件導致的循環過程不一樣。
載荷：載荷是時間的一部分，每一個事件是有很多個載荷來完成的。
應力幅：兩個載荷之間的應力狀態之差，如圖1，上下應力峰值之差即應力幅值。
圖1 應力循環
位置：即需要計算疲勞強度的結構位置。
3 建模求解
這部分內容根據結構實際狀態，建立模型，設定載荷步，加載計算。
本次還是以一個小例子，具體求解過程不再贅述。
展開 通用疲勞耐久性分析模塊fe-safe?對疲勞的幫助
通用疲勞耐久性分析模塊fe-safe?對疲勞的幫助
工業行業給制造商施加越來越大的壓力，要求其使用更少的材料，提供輕量級但更強勁的組件，降低維護成本和召回成本，用更少的時間。
許多公司使用先進的有限元分析計算設計壓力，但疲勞分析往往仍然通過電子表格分析方式，人工采集的應力。由于非常容易錯過失效位置，這種方式耗時和不可靠的。實驗室中針對原型機的結構組件疲勞測試亦非常的耗時。如果原型機過早失效，則一種昂貴的、設計-測試-再設計的開放式循環是必要的。項目時間節點和交付就會延遲。
采用fe-safe作為用戶設計過程的集成組件，可以使用戶具備：
●
優化設計，采用更少的材料；
●
減少產品召回和保修成本；
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優化和驗證設計和測試項目；
●
在單一用戶界面，提高相關性測試和分析；
●
減少原型樣機測試時間；
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縮短分析時間，從而減少人工時間；
●
增加用戶信心，用戶產品設計一次性通過測試時間表。
fe-safe 幫助用戶解決一下問題：
（1）結構組件的疲勞壽命；
（2）裂紋擴展與否；
（3）材料的優化，哪些材料可以保留，哪些額外的材料需要添加；
（4）設計的可靠性；
（5）哪些載荷引起疲勞損傷；
（6）導致疲勞裂紋的原因是什么？
fe-safe在交通工具、石油管道、車輛工程、能源、重型機械等各工業行業都有相關的應用，相關案例如：
1、某樣機后縱臂鏈接焊點的疲勞分析
2、管道架懸掛組件的疲勞分析
3、柴油機活塞的疲勞裂紋
4、某型增壓器扭轉隔離器彈簧的疲勞分析
展開 飛機結構振動疲勞問題 附結構疲勞壽命分析姚衛星下載
下載地址：結構疲勞壽命分析姚衛星
一文帶你分析疲勞斷裂！ 附疲勞與斷裂華中科技大學文檔下載
斷口1較為光滑平整，斷口邊緣已磨損，中部可見疲勞弧線[圖3(d)]；
斷口2未見疲勞弧線。
圖2
圖3
2.掃描電鏡分析
斷口1在掃描電鏡下顯示疲勞弧線[圖4(a)]；
根據弧線的走向可以找到疲勞源，疲勞源在[圖4(d)]右上方拐角處，局部放大，源區的細微組織大部分已磨損，但能看到放射棱特征[圖4(b)]；
在疲勞擴展區可見疲勞條紋及二次裂紋[圖4(c)]；
斷口2未見疲勞條紋，只有韌窩，可見斷口1是最先開始斷裂的斷口，而斷口2是二次斷口。
圖4
3.化學成分
在連桿身部位取樣，進行化學成分(質量分數，%)分析，結果符合GB/T3077—1999 20CrMnTi的化學成分要求 。
4.結果分析
綜合上述檢驗結果，失效件材料化學成份符合技術條件要求。
連桿斷裂端一側面出現非正常嚴重磨擦現象，軸承弧面靠近磨擦面一端出現的藍灰色的氧化膜，是黑色氧化鐵(Fe
3O
4)及紅色氧化鐵(Fe
2O
3)的混合體，其形成溫度在400℃以上。表明該連桿與一輸出軸之間的磨擦導致該區域溫度過熱。
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， 設定相關的 fastener 點焊單元，coupling 耦合單元和 tie 約束，建立零件 和零件之間相應的連接關系。
兩端所對應的 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 和掃頻兩個計算；第二步是把這兩個計算結果與 PSD 曲線一起輸入 fe-safe，運行若干設置 后完成疲勞分析，得到相關結果。
以下內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 
聯合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
結論
本文介紹隨機疲勞壽命分析的基礎理論，并使用有限元軟件ABAQUS與Fe-safe聯合仿真技術，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，同時也介紹了該聯合仿真分析的流程。在分析結果中，對比了隨機振動仿真的RMS計算結果和fe-safe隨機疲勞壽命的計算結果，評估分析結果的可信度。此疲勞仿真分析技術對產品的開發有著重要的幫助，可以在產品設計階段有效控制其疲勞壽命, 指導結構設計，縮短開發周期，降低開發成本。
此外，后期我會補充一些實際項目中的應用案例，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. 某結構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. 疲勞壽命預測頻域方法分析與比較[J]. 失效分析與預防，2016，11(5)
[3] 楊萬均，施榮明. 隨機振動應力幅值的分布規律[J]. 機械設計與研究，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技術大會優秀論文
[5] 達索公司. Abaqus Analysis User's Manual. SIMULIA Abaqus 6.14
[6] 達索公司. fe-safe user manual. SIMULIA fe-safe 2018
展開 nCode高溫SN疲勞分析案例分析 ￥5
12 高溫應變疲勞分析：
在這個例子中，您將在DesignLife中使用SN分析引擎和混合負載（Hybrid Load Provider）進行高溫疲勞分析。
12.1 演示文件：
該例子用到文件在nCode安裝目錄下：
\demo\ansys_designlife\12_HighTemperatureSN\ high_temperature.flo high_temperature_all_constant.hyb high_temperature_all_timestep_and_constant.hyb high_temperature_all_timestep_and_timeseries.hyb high_temperature_max_constant.hyb hybrid_dutycycle.dcy pressure_hist.s3t pressure_loading.rst temperature_history.rth thermal_stresses.rst。
將這些文件復制到工作文件夾中。
12.2 目標
您將學習SN分析引擎如何使用各種加載配置來執行由溫度變化引起的疲勞分析。這些加載由混合負載映射器定義。
此外，波紋管每200秒承受一次壓力脈沖。該載荷加載于波紋管的一個表面，如圖12-4所示。這種壓力加載重復時間超過30倍熱循環總持續的時間。由于需要大量的CPU和磁盤存儲，因此對于呈現我們的有限元分析有點不切實際。
FE分析分為三個階段，產生三個ANSYS結果文件。
展開 SIMULIA Fe-safe在復雜環境下的疲勞仿真優勢——車輛機架疲勞壽命分析案例
SIMULIA Fe-safe在復雜環境下的疲勞仿真優勢——車輛機架疲勞壽命分析案例
達索Fe-safe是一款耐久性分析軟件，專門用于有限元模型的疲勞分析。它是由達索系統（Dassault Systèmes）提供的SIMULIA 3D軟件套件的一部分。Fe-safe能夠直接連接所有主要的FEA套件，如Abaqus、ANSYS、Nastran（MSC、NEi、NX）和Pro/Mechanica。它專注于基于現代多軸應力的疲勞方法，并且是市場上最專業的疲勞分析軟件之一。Fe-safe適用于熱機械疲勞和蠕變疲勞、橡膠材料以及針對焊接接頭的 Verity 結構應變方法。功能專為滿足要求最嚴苛的行業應用而開發，能夠提供準確、可靠的多軸疲勞分析，無論載荷和模型的復雜度如何。
下面是SIMULIA Fe-safe在對車輛機架及轉向節的過載疲勞分析案例
在機架模擬過程中，由于該機架為懸掛系統的一部分，上端連接于彈簧，路面行駛時下端受載。測試路面較復雜。
在經過加速的模擬實驗中，該機架在相當于行駛41000公里時出現明顯的裂紋。FE-SAFE的計算結果表明，結構在相當于行駛27000公里時出現初始裂紋。考慮疲勞軟件計算的裂紋起始，這一結果與實驗吻合得非常好。而且開裂位置與實驗結果完全一樣。
在轉向節的疲勞模擬中，考慮到在車輛行駛過程中，由于路面情況復雜，常常會遇到瞬時受載過大的情況。這些瞬時的大載荷會對零件的疲勞壽命產生比較大的影響。因為在大載荷下，零件極容易進入塑性工作。
由于Abaqus強大的非線性分析功能，以及FE-SAFE中可以采用諾伯法則(Neuber’s Rule)來考慮疲勞載荷譜上塑性效應的影響，故本分析采用Abaqus和FE-SAFE完成。
展開 ANSYS Workbench起重機疲勞分析 ￥29.9
</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/fea80513547b25095f6feb63e84147e2.png"></p><p>根據查詢得到結構鋼的<em>S-N</em>曲線（應力-壽命曲線）如下圖所示，<em>S-N</em>曲線是描述材料疲勞性能的重要工具，其展示了不同應力水平下材料可以收成的循環次數。然而，其受到多種因素的影響，其中包括加工工藝、殘余應力以及應力集中程度等。這些因素可能導致實際結構的疲勞強度低于理想狀態下的疲勞強度。因此，在進行疲勞分析時，通常需要對結構材料的<em>S-N</em>曲線進行疲勞強度折減。會引入一個小于1的疲勞強度因子。這個因子反映了材料在實際工作條件下的性能降低，確保了設計的安全性和可靠性。通過將交變應力乘以這個疲勞強度因子，可以得到一個修正后的應力值，用于更準確地預測材料的疲勞壽命。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/8125eaa3f6e7a1c37c02c6e14c55f788.png"></p><p>除了疲勞強度因子外，平均應力也是影響疲勞壽命的一個重要因素。平均應力是指循環載荷中的平均分量，它可以是壓應力或拉應力。壓應力通常有助于提高材料的疲勞壽命，因為它有助于閉合微觀裂紋，從而減緩裂紋擴展速率。相反，拉應力可能會降低材料的疲勞壽命，因為它促進了裂紋的開放和擴展。為了更準確地預測材料的疲勞壽命，疲勞分析中通常采用平均應力修正理論來考慮平均應力的影響。其中Goodman理論、Soderberg理論和Gerber理論是最為常見的三種方法。這些理論通過不同的方式考慮平均應力對疲勞壽命的影響，提供了修正后的疲勞極限和壽命預測。
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