ABAQUS疲勞斷裂的案例
ABAQUS斷裂與疲勞理論與案例實施 ￥20
由于課程內容包含斷裂力學的基礎，因此 FEM 和 ABAQUS 解釋從零開始</div><div contenteditable="false" width="100%">描述：</div><div contenteditable="false" width="100%">疲勞是機械結構失效的最常見原因。為了調查這種現象，研究人員進行了實驗，進行實際疲勞實驗需要大量的時間、大量的財政資源，并且受到尺寸限制的限制。解決方案在于開發和驗證精確的數值模型。這是我們課程背后的主要驅動力，因為它能夠準確可靠地預測裂紋的生長。本課程深入探討了使用擴展有限元法 （XFEM） 結合巴黎定律公式對疲勞裂紋擴展進行高級仿真，并在 ABAQUS 軟件中完全實現。該課程強調直接循環疲勞和低周疲勞方法，為分析材料在循環載荷下的劣化提供了一個全面的框架。</div><div contenteditable="false" width="100%">您將學習：1.斷裂力學基礎和疲勞裂紋擴展：</div><div contenteditable="false" width="100%">2。有限元法 （FEM） 和擴展有限元法 （XFEM）&nbsp;&nbsp;– FEM 的核心原理及其如何應用于裂紋擴展模擬。&nbsp;– XFEM 的覆蓋范圍，包括富集函數，以及&nbsp;級別設置方法。&nbsp;&nbsp;– 如何在傳播過程中不重新劃分網格的情況下對裂縫進行建模，以及 XFEM 如何處理不連續性.</div><div contenteditable="false" width="100%">3.疲勞裂紋擴展狀態：&nbsp;&nbsp;– 了解裂紋尺寸和周期之間的關系，包括應力比效應等因素。
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疲勞與斷裂的概念
1、疲勞：金屬材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化稱為疲勞；
2、疲勞斷裂：材料承受交變循環應力或應變時，引起的局部結構變化和內部缺陷的不斷地發展，使材料的力學性能下降，最終導致產品或材料的完全斷裂，這個過程稱為疲勞斷裂。也可簡稱為金屬的疲勞。引起疲勞斷裂的應力一般很低，疲勞斷裂的發生，往往具有突發性、高度局部性及對各種缺陷的敏感性等特點。
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疲勞斷裂的分類
1、高周疲勞與低周疲勞
如果作用在零件或構件的應力水平較低，破壞的循環次數高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。
例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構件的應力水平較高，破壞的循環次數較低，一般低于1萬次的疲勞，稱為低周疲勞。例如壓力容器，汽輪機零件的疲勞損壞屬于低周疲勞 。
2、應力和應變來分析
應變疲勞——高應力，循環次數較低，稱為低周疲勞；
應力疲勞——低應力，循環次數較高，稱為高周疲勞。
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No.1 疲勞與斷裂的概念
1.疲勞：金屬材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化稱為疲勞。
2.疲勞斷裂：材料承受交變循環應力或應變時，引起的局部結構變化和內部缺陷的不斷地發展，使材料的力學性能下降，最終導致產品或材料的完全斷裂，這個過程稱為疲勞斷裂，也可簡稱為金屬的疲勞。
引起疲勞斷裂的應力一般很低，疲勞斷裂的發生，往往具有突發性、高度局部性及對各種缺陷的敏感性等特點。
No.2 疲勞斷裂的分類
1.高周疲勞與低周疲勞
如果作用在零件或構件的應力水平較低，破壞的循環次數高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構件的應力水平較高，破壞的循環次數較低，一般低于1萬次的疲勞，稱為低周疲勞。例如壓力容器，汽輪機零件的疲勞損壞屬于低周疲勞 。
2.應力和應變分析
應變疲勞——高應力，循環次數較低，稱為低周疲勞；
應力疲勞——低應力，循環次數較高，稱為高周疲勞。
復合疲勞，但在實際中，往往很難區分應力與應變類型，一般情況下二種類型兼而有之，這樣稱為復合疲勞。
3.按照載荷類型分類
彎曲疲勞、扭轉疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞、振動疲勞、微動疲勞。
展開 ABAQUS材料斷裂與失效-XFEM|VCCT|COHESIVE|疲勞|侵蝕
ABAQUS材料斷裂與失效（XFEM|VCCT|COHESIVE|疲勞|侵蝕）篇
上個系列我們講了有關ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP）的相關內容，得到了一些不錯的反饋；因此想趁著這股熱勁，繼續錄制一套課程；最終選擇了材料的斷裂與失效仿真。在很久以前，通用有限元軟件中，只有ABAQUS提供了擴展有限元方法（XFEM），一種不依賴于網格邊界的裂縫仿真方法。當時我還在學校，由于課題的原因，接觸了很多巖石斷裂和材料失效的實驗和仿真任務，從而也就使用上ABAQUS。
09年，想學好這款軟件并非易事，一方面是身邊沒有直接可以求助的前輩，因為大家都在用ANSYS；另一方面是當時市面上的相關書籍非常少（當時出的書都看過），加之自己英文不好，而且不怎么看幫助文檔，所以學習斷裂仿真就更加不易。后來有幸得到一份PPT課件：Modeling with Fracture and Fracture with Abaqus，是達索在2009年出的一套斷裂仿真的培訓教程，內容非常系統，不僅介紹了相關的斷裂理論、仿真方法和仿真技巧，還有實操案例。
達索09年斷裂課程內容目錄如下（公眾號中回復：“斷裂與失效”，可獲得此課件）：
雖然有好的資料在手，但看這里面五花八門的知識點，確實看著頭大，當時也是看了個一知半解，完成任務后，就放在一邊沒有去細細專研。
隨著時光推移，使用ABAQUS已經有八個年頭，仿真水平大幅提高，不知不覺也做了ABAQUS二次開發的工作，漸漸喜歡使用它來解決問題，自己沒課題，就幫別人做，也積累起一些經驗；但人的精力是有限的，所以以后想盡量做專一點，又不想將以前所學的知識輕易拋棄，因此打算將所專所長一一錄制成視頻教程，供大家學習，讓初學者少走一些彎路，視頻設置收費，是因為自己家庭條件并不好，收取少量費用還請大家理解。
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ABAQUS(案例源自企業訴求)：真實殼體零件疲勞斷裂與有限元仿真對比
[圖片]
書籍－－金屬疲勞斷裂理論
疲勞方面的書籍
金屬疲勞斷裂理論_0.part1.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part2.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part3.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part4.rar
斷裂與疲勞
疲勞(Fatigue)與斷裂(Fracture)是引起工程結構和構件失效的最主要的原因。在面向21世紀的今天，人們對傳統強度(靜載荷作用、無缺陷材料的強度)的認識已相當深刻，工程中強度設計的實踐經驗和積累也十分豐富，對于傳統強度的控制能力也大大增強。因此，疲勞與斷裂引起的失效在工程失效中越來越突出。
斷裂與疲勞.pdf
曲軸的疲勞斷裂分析
系統闡述利用有限元法對機械結構零部件進行疲勞斷裂分析的相關理論和方法。在此基礎上對16V240機車柴油機曲軸的最危險曲拐進行最大和最小工況下的三維有限元分析,確定裂紋易產生的危險截面,求解危險截面處不同深度和形態的表面橢圓裂紋的應力強度因子,并擬合關于橢圓裂紋特征參數及總體坐標下的等效應力強度因子的近似表達式。為預測含裂紋曲軸的承載能力、剩余壽命、制定判廢標準等提供相關的疲勞斷裂參數。
曲軸的疲勞斷裂分析.pdf
Ansys Mechanical 疲勞與斷裂新功能介紹
直 播 內 容 簡 介
為方便更好的學習使用和了解 Ansys Mechanical ，這里向大家推薦一場今日直播，為Ansys5月直播合集第七場，本月還僅剩3場，【Ansys Mechanical 疲勞與斷裂新功能介紹 】，以下為直播詳情：
直播時間
2023 / 5/ 23 （今日）16.00-17.00
直播內容
Fatigue以及斷裂力學方法是分析結構耐久性的兩種主要方法。
材料的疲勞損傷與斷裂 ￥5
材料的疲勞損傷與斷裂
金屬疲勞斷裂的特點
一、概述
金屬零部件在遠低于材料強度極限的交變應力作用下，發生的破壞叫做金屬疲勞破壞。據統計，在機械零件失效中有80％以上屬于疲勞破壞。
例如大多數軸類零件，通常受到的交變應力為對稱循環應力，這種應力可以是彎曲應力、扭轉應力、或者是兩者的復合。如火車的車軸，是彎曲疲勞的典型，汽車的傳動軸、后橋半軸主要是承受扭轉疲勞，柴油機曲軸和汽輪機主軸則是彎曲和扭轉疲勞的復合。再如齒輪在嚙合過程中，所受的負荷在零到某一極大值之間變化，而缸蓋螺栓則處在大拉小拉的狀態中，這類情況叫做拉-拉疲勞；連桿不同于螺栓，始終處在小拉大壓的負荷中，這類情況叫做拉-壓疲勞。
我們還可以列舉很多常用的機械零件所受的負荷情況，綜合這些情況就會得到上面已經提過的結論：大多數零件的失效是屬于疲勞破壞的。
二、疲勞斷裂破壞的特點
盡管疲勞斷裂有各種類型，但它們都有一些共同的特點：
1、 發生斷裂時，零部件并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的預兆，而是突然地破壞。
2、通常引起疲勞斷裂的應力值很低，常常低于靜載時的屈服強度。
3、發生疲勞斷裂產生的斷口處能清楚地顯示出裂紋源、擴展和最后斷裂三個組成部分。
三、疲勞斷口分析
疲勞斷口有各種型式，它取決于載荷的類型，即所受應力為彎曲應力、扭轉應力還是拉-壓應力，同時與應力的大小和應力集中程度有關。
一個典型的金屬疲勞斷口總是由疲勞源區、疲勞擴展區和瞬時斷裂區三部分構成。
(一)疲勞源區
疲勞源是零件疲勞破壞的起始點，用肉眼很難看到，它通常發生在零構件的尖角、凹糟、截面突變等應力集中部位表面，或發生在有夾雜、疏松、氣孔等零構件的內部。
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疲勞斷裂的基本原理
曲線 S-N曲線中的S為應力（或應變）水平，N為疲勞壽命。S-N曲線是由試驗測定的 ，試樣采用標準試樣或實際零件、構件，在給定應力比γ的前提下進行，根據不同應力水平的試驗結果 ，以最大應力σmax或應力幅σa為縱坐標，疲勞壽命N為橫坐標繪制S-N曲線（圖2） 。當循環應力中的σmax小于某一極限值時，試樣可經受無限次應力循環而不產生疲勞破壞，該極限應力值就稱為疲勞極限，圖2中S-N曲線水平線段對應的縱坐標就是疲勞極限。而左邊斜線段上每一點的縱坐標為某一壽命下對應的應力極限值，稱為條件疲勞極限。 疲勞特征 零件 、構件的疲勞破壞可分為3個階段 ：①微觀裂紋階段。在循環加載下，由于物體的最高應力通常產生于表面或近表面區，該區存在的駐留滑移帶、晶界和夾雜，發展成為嚴重的應力集中點并首先形成微觀裂紋。此后，裂紋沿著與主應力約成45°角的最大剪應力方向擴展，裂紋長度大致在0.05毫米以內，發展成為宏觀裂紋。②宏觀裂紋擴展階段。裂紋基本上沿著與主應力垂直的方向擴展。③瞬時斷裂階段。當裂紋擴大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時，物體就會在某一次加載下突然斷裂。對應于疲勞破壞的3個階段 ，在疲勞宏觀斷口上出現有疲勞源 、疲勞裂紋擴展和瞬時斷裂3個區（圖3）。疲勞源區通常面積很小，色澤光亮，是兩個斷裂面對磨造成的；疲勞裂紋擴展區通常比較平整，具有表征間隙加載、應力較大改變或裂紋擴展受阻等使裂紋擴展前沿相繼位置的休止線或海灘花樣；瞬斷區則具有靜載斷口的形貌，表面呈現較粗糙的顆粒狀。掃描和透射電子顯微術揭示了疲勞斷口的微觀特征，可觀察到擴展區中每一應力循環所遺留的疲勞輝紋。 疲勞壽命 在循環加載下 ，產生疲勞破壞所需應力或應變的循環次數。對零件、構件出現工程裂紋以前的疲勞壽命稱為裂紋形成壽命。工程裂紋指宏觀可見的或可檢的裂紋 ，其長度無統一規定 ，一般在0.2～1.0毫米范圍內 。
展開 Ansys Mechanical疲勞與斷裂新功能介紹
An
sys斷裂力學功能概
覽
Ansys斷裂參數計算功能更新
Ansys SMART功能更新
Ansys nCode Design Life
總結
1、斷裂參數計算：橢圓形裂紋、環形裂紋
2、SMART斷裂：自動起始、非比例加載
3、nCode DesignLife：更多參數設置，減小文件大小
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。
展開 飛機結構疲勞強度與斷裂分析
一、疲勞的基本概念
（一）、疲勞破壞的特征
1、在交變的工作應力遠小于材料的強度極限，甚至比屈服極限還小的情況下，破壞就可以發生。
2、疲勞破壞是一個累積損傷的過程，要經過一定的時間歷程在交變應力多次循環之后才突然發生。
3、疲勞破壞時沒有明顯的塑性變形。即使塑性較好的材料，破壞時也象脆性材料那樣，只有很小的塑性變形。因此，疲勞破壞事前不易察覺。
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現兩個不同的區域，一個是比較光滑的區域，叫做疲勞區，內有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區域，叫做瞬時斷裂區。此區域內沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內因：構件外形尺寸的突變或材料內部有缺陷
外因：構件要承受有交變載荷（或交變應力）
在交變應力長期作用下，在構件外形突變處，或材料有缺陷處出現應力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產生嚴重的應力集中，促使裂紋逐漸擴展，構件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構件就會沿削弱了的截面發生突然斷裂。
二、飛機結構承受的交變載荷
（一）、飛機結構承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數來表示。
2.突風載荷
它是由于飛機在不穩定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。
展開 飛機結構疲勞強度與斷裂分析
一、疲勞的基本概念
（一）、疲勞破壞的特征
1、在交變的工作應力遠小于材料的強度極限，甚至比屈服極限還小的情況下，破壞就可以發生。
2、疲勞破壞是一個累積損傷的過程，要經過一定的時間歷程在交變應力多次循環之后才突然發生。
3、疲勞破壞時沒有明顯的塑性變形。即使塑性較好的材料，破壞時也象脆性材料那樣，只有很小的塑性變形。因此，疲勞破壞事前不易察覺。
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現兩個不同的區域，一個是比較光滑的區域，叫做疲勞區，內有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區域，叫做瞬時斷裂區。此區域內沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內因：構件外形尺寸的突變或材料內部有缺陷
外因：構件要承受有交變載荷（或交變應力）
在交變應力長期作用下，在構件外形突變處，或材料有缺陷處出現應力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產生嚴重的應力集中，促使裂紋逐漸擴展，構件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構件就會沿削弱了的截面發生突然斷裂。
二、飛機結構承受的交變載荷
（一）、飛機結構承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數來表示。
2.突風載荷
它是由于飛機在不穩定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷，稱為地－空－地循環載荷。這是一種時間長、幅值大的載荷。
4.著陸撞擊載荷
它是由于飛機著陸接地后，起落架的彈性引起飛機顛簸加到飛機上的重復載荷。
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