疲勞累計損傷的案例
fe-safe中的線性損傷累計
fesafe中的線性損傷累計
我們都知道，fe-safe是基于S-N曲線的一種疲勞壽命預測方法。S-N曲線表達的是在正弦波的荷載作用下，材料的疲勞極限。其S代表應力幅值，N代表周期循環次數。
典型的鋁和鋼的S-N曲線
在進行疲勞壽命預測時，如果結構恰好是承受周期性的正弦波荷載，那么只需要計算出靜載狀態下應力的最大值，便可以通過S-N曲線直接估計出結構的壽命。但是，現實中，很少有結構承受很有規律的荷載譜，它們很可能是這樣的
典型的荷載譜
這種情況下，顯然無法直接利用S-N曲線進行預測了，線性損傷累計理論就是用來解決這個問題的，線性損傷累計理論的本質其實是把紛亂的荷載譜進行拆分，轉化為多個簡單荷載譜的疊加（這和傅立葉變換異曲同工）。
假設整個結構的循環次數為n，每個小的荷載譜對應的疲勞壽命為，那么這個小荷載譜對疲勞的貢獻值為，將所有小的荷載循環對疲勞的貢獻值進行疊加，即
，當
時，就認為結構發生了疲勞破壞。
這里有一個例子，只要會計算這個例子，就完全理解線性損傷累計的概念了。
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材料的疲勞損傷與斷裂
《Nature》金屬所：金屬疲勞領域取得突破性進展！
疲勞通常指反復施加循環載荷(遠小于材料的屈服應力極限)而引起的一種材料弱化過程。實際服役過程中約90%金屬構件的失效均由疲勞斷裂引起，其原因是材料在循環加載過程中微觀結構不斷變化、遭受嚴重且不可逆轉的累積損傷，從而導致材料循環硬化或軟化直至最終失效。金屬材料的非穩定循環響應及疲勞壽命強烈依賴于其疲勞歷史，實際復雜循環載荷服役條件下金屬構件的疲勞失效和壽命預測更加困難。因此，抗疲勞損傷材料發展的重大瓶頸問題就是如何減小或抑制循環變形過程中微觀結構局域化和不可逆損傷。
最近，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室盧磊研究員研究組和美國布朗大學高華健教授研究組合作在這一領域取得了突破性進展。他們發現具有晶體學對稱結構的納米孿晶金屬不但具有循環穩定響應而且疲勞累計損傷非常有限。這種具有獨特的穩定循環響應特征和有限累計損傷的納米結構為發展抗疲勞損傷的高性能工程金屬材料提供了新思路。該成果發表在《Nature》（2017年10月30日在線）。
論文鏈接：
https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature24266.pdf
研究人員利用直流電解沉積技術成功制備了塊體擇優取向納米孿晶純銅樣品。通過傳統拉-壓變幅應變控制疲勞實驗研究了該樣品的相關循環應力響應, 發現在恒定應變幅下，其應力響應迅速穩定（既不硬化也不軟化）；尤為重要的是，當應變幅階梯式遞進增加以及隨后階梯式遞進減小時，該樣品的應力-應變響應完全可逆，即當應變幅恒定時，應力和應變具有一一對應關系，且循環滯后環完全重合（圖1）。
圖1. 納米孿晶Cu與歷史無關的穩定循環響應行為。
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通過建立VUMAT對金屬材料進行疲勞損傷累積時，設置單元刪除的損傷閾值，發現改動這個閾值，程序會在單元達到這個閾值后的出現單元扭曲錯誤，不知道為什么？
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Altair官方線下培訓日程公布-7月23日，武漢，HyperLife 結構疲勞損傷耐久計算基礎培訓
線下培訓時間：2024.7.23-7.24（為期兩天）
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workbench14.0-缺陷疲勞損傷評價
缺陷疲勞損傷評價.doc
特點：細微缺陷的構造，缺陷部位網格的細分，整體的合理剖分。
模型比較簡單，兩三天就做完了，是細微缺陷的一個評價。沒有應用到疲勞分析模塊。
由于報告整體設計企業隱私，所以隱去企業名稱以及模型的尺寸和載荷數據，望大家理解和見諒，歡迎大家討論。
Afgrow損傷容限疲勞裂紋擴展分析軟件
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HyperLife 結構疲勞損傷耐久計算基礎培訓
<h3 class="ql-align-justify">Altair官方線下培訓日程公布-10月23日，武漢，HyperLife 結構疲勞損傷耐久計算基礎培訓</h3><p class="ql-align-justify"><strong>線下培訓時間：2025.10.23-10.24（為期兩天）</strong></p><p class="ql-align-justify"><strong>培訓地點：武漢</strong></p><p class="ql-align-justify"><strong>溫馨提示：</strong></p><ul><li><strong>線下公開培訓</strong>僅線下參加，暫不實行線上直播/錄播。</li><li>培訓席位有限，請至少提前一周報名，報名入口添加客服獲取。
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Altair官方線下培訓日程公布-9月25日，北京，HyperLife 結構疲勞損傷耐久計算基礎培訓
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北京市朝陽區東三環中路5號 財富金融中心（FFC大廈）1907室
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循環受拉位移為5e-4mm的模擬結果：
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循環受拉位移為6e-4mm的模擬結果：
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input文件和vumat子程序在附件內，
更多具體內容請閱讀：https://zhuanlan.zhihu.com/p/364763918
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【CAE案例】化石燃料發電廠歧管的疲勞蠕變損傷分析
圖4 冷沖擊結束后的溫度場（℃）
圖5 冷沖擊結束后的應力分布
使用IMPR_TABLE功能以表格的形式輸出關鍵部位上的累積塑性形變結果，將兩種設計的歧管的累積塑性形變進行對比，降溫瞬態下的塑性變形結果如圖6所示，與原本設計相比，壁厚更薄的歧管疲勞損傷更小，厚度減少20%的設計，其使用壽命增加約43%，疲勞損傷計算結果見表1。在以后的計算中將考慮包括蠕變造成的損害。為此，將之前計算的結果用于所研究的兩種設計，以確定蠕變損傷情況。最終使用疲勞-蠕變相互作用的非線性模型可以在一定的可信度下評估歧管受到該典型負載時的壽命。
圖6 減溫循環期間在塑性最大應力的高斯積分點處累積塑性變形（%）
表1 疲勞損傷計算(Manson-Coffin曲線)
04 總結
在通用結構仿真軟件中使用VISC_CIN2_CHAB定義的新粘彈塑性行為模型可對部件機械疲勞與蠕變行為進行模擬，從而對其壽命進行預測，為將來重要部件的設計與日常維護提供了新方法。本次模擬結果表明可以通過降低歧管壁厚的方法降低因冷沖擊帶來的機械疲勞現象。
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展開 【EDF開源CAE案例】Code_Aster對汽輪機套環的疲勞損傷與裂紋擴展模擬
由于汽輪機運行工況的周期性特點，汽輪機套環易發生疲勞損傷現象，從而導致套環產生細微裂紋，或是導致已有的裂紋擴展。
法國電力公司為了評估套環的安全性和生命周期，使用Code_Aster的疲勞計算模塊進行了靜力加載的裂紋擴展分析和循環加載的疲勞裂紋擴展分析。
02
理論基礎—斷裂和疲勞擴展的原理
斷裂的基本類型有三種：
張開性裂紋（Ⅰ型）
滑開型裂紋（Ⅱ型）
撕開型裂紋（Ⅲ型）
材料和結構的斷裂與否常由應力強度因子（Facteurs d‘intensité de contraintes）與材料的標準臨界值K c對比來判斷，而Ⅰ型裂紋在實際工程應用是最容易斷裂的裂紋類型。
斷裂的三種類型
應力強度因子計算公式：
能量釋放率公式：
對于線彈性材料：
如果K < KIC，材料不發生斷裂；
如果K > KIC，材料發生斷裂，裂紋擴展。
疲勞問題的載荷通常以周期性的形式存在，此時的應力強度因子也隨加載規律而呈現周期性變化，材料的裂紋擴展則需要用另一種方法來計算：
疲勞裂紋擴展速率
即用裂紋長度的增量和交變應力的循環次數增量的比值來定量計算，表示交變應力每循環一次裂紋長度的平均增量。
根據Paris提出的公式
來推得每次循環的應力強度因子的峰值
和材料的疲勞斷裂臨界值
對比
判斷材料的裂紋是否會發生擴展（僅適用于短裂紋）。
展開 一個恒定加速度的正弦對數掃頻振動的疲勞損傷譜計算
參考文獻
機械振動與沖擊分析[M]. Christian Lalanne
有限元軟件進行疲勞分析的若干問題
首先要明確我們大體上遇到的疲勞問題均為高周疲勞問題（當然不排除個別如壓力容器和燃氣輪機的零件疲勞問題），應力水平較低，破壞循環次數一般大于十的四次方或五次方。疲勞設計和壽命預測方法一般有無限長壽命設計法和有限壽命設計法。無限壽命設計法使用的是S-N曲線的右段水平部分（疲勞極限），而有限壽命設計法使用的是S-N曲線的左段斜線部分。有限壽命設計的設計應力一般高于疲勞極限，這時就不能只考慮最高應力，而要按照一定的累積損傷理論估算總的疲勞損傷。
大多數零件所受循環載荷的幅值都是變化的，也就是說，大多數零件都是在變幅載荷下工作。變幅載荷下的疲勞破壞，是不同頻率和幅值的載荷所造成的損傷逐漸積累的結果。因此，疲勞累計損傷是有限壽命設計的核心問題。
一般常用三種累積損傷理論，其各自適用范圍如下：
線性疲勞累積損傷理論適合于高周疲勞壽命計算，可較好地預測疲勞壽命均值。線性累計損傷理論指的是損傷積累與循環次數成線性關系，包括Miner法則和相對Miner法則；Miner理論的表達式為（D為損傷）
修正的線性疲勞累積損傷理論適合于低周疲勞壽命計算；
而非線性疲勞累積損傷理論對二級加載情況的疲勞壽命估算比較有效。非線性累計損傷理論包括損傷曲線法和Corten-Dolan理論。
要注意的是，只有當應力高于疲勞極限時，每一循環使結構產生一定量的損傷，這種損傷是累積的；當應力低于疲勞極限時，由于此時N將無窮大，因此，它的循環便不必考慮。
國內外常用的疲勞設計方法-安全壽命法的具體步驟為：
1. 得到用于疲勞計算的載荷譜；
2. 計算構件各位置的應力歷程；
3. 利用計數法（如雨流法）將應力歷程整理為不同應力幅及其相應的循環次數；
4. 由S-N曲線得到應力幅對應的使用極限；
5.
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