低周疲勞壽命預測
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
低周疲勞壽命預測的視頻教程
ABAQUS低周疲勞分析
低周疲勞分析采用直接循環法直接得到結構的穩定循環響應 ，直接循環法將傅立葉級數近似與非線性材料行為的時間積分相結合，利用修正牛頓法迭代求得穩定的循環解 ，節省計算成本。可以通過控制傅里葉項的數量、迭代的數量和循環時間段內的增量提高精度。案例基于VCCT方法和Paris準則模擬了層壓復合材料界面上的漸進分層生長，適用于復合材料分層擴展模擬及求解彈塑性結構的塑性安定狀態。
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ABAQUS帶初始裂紋的節點低周疲勞裂紋擴展
若有討論，請私信；若有錯誤，請指教，并見諒，謝謝； 主要講解了ABAQUS中xfem帶預制裂紋的梁柱節點在低周（1000次）往復位移（1mm）載荷下產生的疲勞裂紋擴展； 講解了部分參數意義以及paris理論在abaqus中部分參數的獲取（c3,c4）的兩種計算方法 講解了部分參數的意義及影響 本視頻主要講解建模及模型調試建議，若有錯誤，請大家多多指教，謝謝
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低周疲勞壽命預測的實例教程
對于航空發動機高溫部件渦輪盤來說，蠕變失效和疲勞失效是其兩種主要的失效模式：在循環工作條件下，蠕變損傷和疲勞損傷不斷累積，并且蠕變損傷和疲勞損傷存在交互作用。因此，蠕變一疲勞損傷分析就成為渦輪盤壽命預測的重要組成部分。此外，由于金屬材料在高溫和高應力下存在明顯的蠕變變形，從而造成渦輪盤存在應力松弛現象，是否考慮應力松弛效應的壽命預測可能導致相差幾倍甚至上百倍的差別
基于ansys渦輪盤蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法.pdf
低周和高周疲勞的區分
根據產生裂紋所需的載荷循環次數，人們習慣將疲勞分為低周疲勞
和高周疲勞。兩者之間的界限并不明確，但通常以
1~
10萬次循環作為區分的依據。
在高周疲勞情況下，應力足夠低，因此應力-應變關系可以被認為是
線
彈性的。
而低周疲勞則包含非線性行為，材料應力-應變關系呈現滯回特性。
在分析高周疲勞時，應力范圍通常用于描述
受力
狀態
，而
在分析低周疲勞時，
則會選擇
應變范圍或耗散能量。
3. 高周疲勞的數學模型
材料疲勞領域的研究最早開始于
19 世紀，這一領域的持續發展產生了許多疲勞預測方法。其中一個經典模型就是 S-N 曲線。這一曲線將材料失效前所經歷的循環次數（即壽命）N 與單軸加載的應力幅值關聯起來。
曲線在水平軸上代表失效循環數，在垂直軸上代表載荷幅值。如果兩個軸都使用
log10
尺度，對于許多部件，載荷壽命關系將在很大的耐久性范圍內近似于一條直線。
總的趨勢是，降低應力幅值，可以獲得更長的材料使用壽命。通常這種相關性非常強，可以達到應力幅值降低10% 就能夠將使用壽命延長50% 。
圖3
載荷與失效循環數的關系
某些材料在疲勞試驗中表現出了應力閾值，稱為疲勞極限，當應力低于該閾值時，
將
不會出現疲勞損傷，組件的運行壽命可以無限長。
對于鋼，在大約10
7
次循環時可能有一個持久極限，這意味著幅值小于疲勞極限載荷的循環不會導致疲勞破壞，無論它們被施加多少次。
并非所有材料都有疲勞極限。有些材料即使在低
水平應力作用下，也會因疲勞而失效，比如鋁合金。
展開 試驗樣條疲勞壽命測試中
試驗條件
試驗依據相應標準進行，具體條件見表1。
表1 試驗條件
結果與討論
疲勞根據施加應力的大小和斷裂時已循環周次的高低，結構件的疲勞分為高周疲勞和低周疲勞。一般而言，斷裂時已循環周次小于5*104周次的疲勞稱為低周疲勞，低周疲勞的疲勞壽命較短，斷裂應力水平較高；而斷裂時已循環周次高于5*104周次的疲勞稱為高周疲勞，高周疲勞的疲勞壽命較長，斷裂應力水平較低。
本研究中，低周疲勞的應力我們選擇的是69MPa，高周疲勞的應力我們選擇的是46MPa。
加載頻率對低周疲勞壽命的影響
加載頻率與低周疲勞壽命的結果見表2。
表2 試驗條件
由表2可知，低周疲勞下試樣溫升隨頻率的增加而增加，而材料循環次數隨試樣溫升的增加而降低，循環次數隨頻率的增加而降低。
展開 ABAQUS中的LCF(LOW CYCLE FATIGUE功能結合XFEM和PARIS法則可以模擬裂紋的疲勞擴展，計算裂紋每前進一步所需要的循環次數。下面給出了具體的C3、C4與Paris參數的計算過程，和自己看論文等的一些總結與經驗，關于step的一些調整等，后面做了一個三維平板的案列，案例參考文獻中的參數，結果與文獻中較為符合，參考文獻和CAE也給出。
一次加載達到一定數值后，若直接算出來的G≥Gc時，構件發生開裂，若直接算出來的G小于Gc時，雖然不會直接開裂，但是會隨著疲勞關系慢慢發展開裂，但并不是加載多小都能開裂，算出來的G值必須大于Gc的0.01倍，小于Gc的0.85倍。
當加載進入0.01Gc至0.85Gc區間（Gthresh≤G≤Gpl）時，△G單次循環加載下最大G值與最小G值得差值，C1、C2是材料常數，在一次循環后abaqus計算出△G，由此可以計算出N，即可知道多少次能開裂，開裂后裂縫增長的速率隨著次數的是多快即為C3△GC4，C1、C2、C3、C4均為給定的材料常數。
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案例概要
產品：機器人夾爪
分析目標：預測夾爪機構薄弱部位的疲勞壽命
半導體制造工藝需要處理大批量作業任務，這推動了專用機器人及各類自動化技術的發展，其中包括自主移動機器人（AMR）。半導體專用機器人夾爪的一個核心特性是：以極小接觸面積抓取物件，從而滿足潔凈室的潔凈度要求。因此，夾爪在結構上受到諸多限制，同時相較于其機械結構尺寸，還需承載相對較重的物件。此外，為滿足運輸產能需求
前 言
汽車車身覆蓋件沖壓模具、航空航天發動機緊固件模具、風電錨栓冷鐓模具、電力電機硅鋼片沖裁模具、檢測設備沖壓模具等對模具疲勞壽命要求較高。例如，有些模具要求設計壽命達20年以上，或者有些模具要求達到50萬次以上的沖壓。然而，頻繁修磨降低精度，模具開裂等問題頻發，給制造企業帶來較大困擾。
突破模具壽命瓶頸，僅靠試驗并不能得到顯著提升。目前國內外眾多先進制造企業已經選用海克斯康工業軟件旗下的
艦載機航空發動機和燃氣輪機熱端部件在服役過程中的環境條件異常苛刻
E-N局部應變法是將裂紋萌生壽命和擴展壽命相加得出總壽命的一種估算方法，多用于高應力低周疲勞壽命的預測，具有很強的理論性，但在實際應用中需考慮平均應力、零件表面的工藝及表面粗糙度等很多不確定因素的影響。LEFM 疲勞裂紋擴展法主要適用于對于零件結構的損傷容限，以及大型零件結構基于線彈性斷裂力學進行疲勞裂紋擴展的分析。
建立了以殼單元和實體單元建模的焊縫模型，并標記了焊趾點位置。
2.在不同的兩個工況天下對模型施加兩種載荷，并計算焊趾處的節點結構應力。
3.提取兩種模型焊趾處的節點力。
4.使用自己編寫的代碼計算兩種模型的焊趾等效結構應力，并計算損傷。
為何需要疲勞分析？
-機械零部件80-90%的失效形式是疲勞；
-應力分析只是結構壽命和可靠性分析的一部分，而不是全部。評定結構壽命和提高產品的可靠性需要分析疲勞失效；
-在設計早期減少原型制作，降低開發成本；
-在設計階段估計產品壽命，加快產品投放市場時間；
-采用系統化方法評估產品壽命，增強耐久性，質量和性能。提高產品的市場競爭力
1、綜述
機器、車輛和結構的零部件經常會承受重復載荷的作用，由此產生的循環應力可導致相關材料發生微觀物理損傷，微觀損傷在連續的循環載荷作用下累積，直至發展成裂紋或其他宏觀損傷，這個過程稱為疲勞。疲勞分為高周疲勞和低周疲勞，一般將失效循環數小于次循環的疲勞稱為低周疲勞，將失效循環數大于此次數的疲勞稱為高州疲勞。低周疲勞一般采用基于應變的疲勞算法。
2、基于應變疲勞分析算法
穩定循環應力
abaqus低周疲勞裂紋擴展仿真案例講解
材料在變動的應力或應變重復作用下發生破壞，稱為疲勞破壞或疲勞失效。疲勞破壞是材料最常見的失效方式，約占機件總失效方式的50%-90%。疲勞裂紋是由反復施加的載荷引起的，若施加的載荷太小，則不會導致失效。疲勞裂紋通常從部件表面開始，這是裂紋萌生。然后，裂紋可能沿垂直于正應力的方向擴展。這是裂紋擴展。最后部件可能會斷裂。
下圖展示了疲勞斷裂的三個階段：
在低周疲勞加載下，等原子面心立方 (FCC) CoCrFeMnNi 高熵合金的塑性變形由位錯結構（如位錯墻，位錯胞）的形成而累積，進而導致裂紋萌生。雖然已有文章報道過這些位錯結構，但關于它們的形成機制還存在爭議。此外，應變幅度、循環加載次數和晶粒取向對位錯結構的影響還未見報道
