起重臂疲勞壽命分析的案例
挖掘機機臂的疲勞壽命計算
來源：正脈科工
1.問題的描述
如圖1給出了挖掘機機臂的三維模型，該模型由機臂和支撐銷軸組成。
圖1 挖掘機機臂的三維模型
2.模型的材料
機臂的材料為結構鋼，銷軸和機臂孔之間的摩擦系數為0.3。
3.邊界條件（工況）
如圖2所示給出了挖掘機機臂的載荷示意圖，F1=6E5N，erfa=15度，F2=5E5N，beita=10度，完全固定約束銷軸的外側面。
圖2 挖掘機機臂的載荷工況
4.計算結果
圖3 挖掘機機臂的總體變形云圖
圖4 挖掘機機臂的等效應力云圖
圖5 挖掘機機臂的安全系數云圖
圖6 挖掘機機臂的接觸壓力云圖
圖7 挖掘機機臂的壽命云圖
圖8 1E4次循環后的損傷云圖
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</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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第 1 章 運動線纜疲勞壽命分析
1.1 引言
本章系統介紹了疲勞基本理論與分析方法，重點闡述了高周與低周疲勞的劃分依據及其特征，明確了名義應力法和局部應力-應變法兩種常見的疲勞壽命預測方法。針對運動線纜的高周疲勞特點，采用名義應力法進行分析，并結合應力-壽命曲線評估材料在交變載荷下的疲勞壽命。對線纜結構在最優工況下進行疲勞仿真，提取關鍵區域名義應力并進行壽命估算，并分析不同布線方式以及不同傾角對運動線纜疲勞壽命影響。
1.2 疲勞基本理論及分析方法
1.2.1 疲勞壽命定義
疲勞失效是指金屬材料或非金屬材料在長期承受交變載荷重復作用的條件下，逐漸產生損傷并最終失去承載能力的一種常見破壞形式[71]。依據不同的劃分標準，疲勞現象通常可歸類為三種主要類型：熱疲勞、腐蝕疲勞以及機械疲勞[72]。其中，機械疲勞在工程實踐中最為常見。若以應力循環次數為依據，機械疲勞可細分為高周疲勞與低周疲勞[73]。高周疲勞與低周疲勞的劃分通常依據材料所經歷的應力循環次數來確定[74]。當循環次數少于10?次時，被定義為低周疲勞；相反，若循環次數超過10?次，則歸類為高周疲勞。高周疲勞通常發生在應力幅值較小的條件下，其疲勞行為多通過
曲線來表征材料的性能特征[75]。在實際工程應用中，機械零部件常常受到高周疲勞影響，而本文所研究的運動線纜也正是典型的高周疲勞失效實例。
1.2.2 疲勞分析方法
在機械構件的設計過程中，疲勞壽命預測起到了關鍵的作用。通過對疲勞壽命的準確預測，我們可以進一步完善機械構件的結構設計，從而有效地延長其在實際應用中的使用壽命。目前，疲勞壽命預測的方法主要可歸為兩大類：其一是基于名義應力的分析方法；其二則為考慮局部應力與應變分布的局部應力-應變法。這兩種技術都有其獨特的應用場景和優點，在實際使用時，需要根據部件的操作環境和負載狀況來做出決策。
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應變壽命疲勞分析理論分析基礎及DesignLif參數設置 ￥6
? Strain-Life (EN) 應變疲勞分析理論基礎
? 討論循環應力-應變曲線和應變-壽命關系的關系
? 討論平均應力的影響
應變疲勞壽命分析理論基礎
? 應變壽命疲勞（EN）使用循環應變反轉和應變壽命關系方程評估疲勞損傷
–局部塑性應變導致疲勞
–適用于低周期和高周期應用
? 應力小于或大于屈服
–使用彈塑性應變
? 直接計算或根據彈性計算進行調整
? 相對較新的疲勞分析技術
–大約30年前開始使用
–難以手動計算
?僅限于CAE應用程序
展開 【11月23-26日 北京】nCode DesignLife結構疲勞計算與疲勞裂紋擴展壽命分析
ANSYS nCode DesignLife結構疲勞計算與疲勞裂紋擴展壽命分析
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疲勞破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。ANSYS nCode DesignLife軟件是一款領先的疲勞分析軟件，其先進的疲勞分析功能與ANSYS Workbench融于一體。該課程全面系統的講解DesignLife軟件疲勞計算的原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，振動疲勞，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容，使學員理解疲勞壽命計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握nCode DesignLife的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。
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鑒于目前針對Simcenter Nastran分析案例少的特點，本次基于鈑金做了相關案例分析。有任何疑問，請聯系：QQ，1317425016。
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輪轂疲勞壽命分析
Fe-safe/Rotate旋轉機械疲勞分析模塊，利用結構的循環對稱性提高了旋轉部件的疲勞分析效率，自動產生一系列不同旋轉角度上的應力結果，計算出輪轂疲勞壽命。
20071109052856.jpg
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 fesafe做疲勞壽命分析
如何在fesafe中設置R＝0.1，頻率為100Hz的載荷信息
基于Radioss的某車前懸控制臂疲勞強度分析
1.疲勞分析有限元模型的建立
1.1 控制臂有限元模型的建立
在HyperWorks11.0 3D/solid map操作界面下對前懸控制臂的幾何模型進行實體網格的劃分
1.2 定義模型的材料和屬性
1.3 創建分析模型的邊界約束條件
1.4 分別定義不同工況條件下的載荷
1.5 分別建立靜力分析工況
1.6 提交分析求解
Radioss求解提交面板
Radioss求解過程
1.7 不同工況條件下分析計算得出的控制臂位移變形云圖
工況一靜力分析結果
工況二靜力分析結果
1.8 不同工況條件下分析計算得出的控制臂應力云圖
工況一靜力分析結果
展開 采用Marc進行橡膠件疲勞壽命分析
橡膠件疲勞分析概述
在橡膠件CAE仿真分析中，通常需要進行橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析，但如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前仍然是困擾行業的難題。
Marc軟件在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
? 通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。其基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，且仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
下面，我們將介紹如何采用彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析。
彈性橡膠體的疲勞理論介紹
根據彈性體疲勞理論，彈性體的壽命和其對數應變和格林應變存在對應關系，也就是Woehler公式，其形式如下：
上述公式中，為彈性體破壞時的循環次數，為其對應的最大對數應變和格林應變。A和n為需要擬合的參數。其曲線的擬合形式如下圖所示。
然后通過雨流計數法則進行變幅損傷累積疊加，如下表達式。當D<1認為彈性體沒有發生破壞，當D≥1認為彈性體發生破壞。
在實際的計算中，只需計算一個周期的載荷循環，就可以進行彈性體壽命的預測。下面將介紹如何在Marc中進行彈性體疲勞壽命的擬合。
展開 基于Radioss的某車前懸控制臂疲勞強度分析 （接下）
1.疲勞分析有限元模型的建立
1.1 控制臂有限元模型的建立
在HyperWorks11.0 3D/solid map操作界面下對前懸控制臂的幾何模型進行實體網格的劃分
1.2 定義模型的材料和屬性
1.3 創建分析模型的邊界約束條件
1.4 分別定義不同工況條件下的載荷
1.5 分別建立靜力分析工況
1.6 提交分析求解
Radioss求解提交面板
Radioss求解過程
1.7 不同工況條件下分析計算得出的控制臂位移變形云圖
工況一靜力分析結果
工況二靜力分析結果
1.8 不同工況條件下分析計算得出的控制臂應力云圖
工況一靜力分析結果
工況二靜力分析結果
展開 基于optistruct＋ncode汽車控制臂多通道疲勞耐久分析 ￥70
本案例在于以汽車控制臂疲勞耐久分析為例，重點介紹如何對采集到的載荷信號在ncode中進行疲勞耐久分析。靜力學分析在optistruct中完成，疲勞分析在ncode中完成。主要涉及到的知識點：采集到的信號轉化為時間序列載荷、多個工況（制動、轉向、過坑工況）信號的合并為一個信號（只是信號文件的合并并不是信號的矢量疊加）、多種工況（多通道載荷譜）的疲勞運算等。
三種工況下的載荷譜
損傷云圖
壽命云圖
具體操作方法、疲勞設置、采集到的的載荷譜文件、模型文件見附件。如購買本案例的朋友針對案例仿真操作實現有什么問題，請私信我。
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