金屬疲勞模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
金屬疲勞模擬的視頻教程
精講如何利用abaqus進行金屬（鋁合金）的三維疲勞裂紋擴展分析
1 金屬的疲勞與失效 2 裂紋擴展的檢測及標準 3 有限元建模及基本關(guān)鍵字參數(shù)詳解 4 結(jié)果分析與討論
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ABAQUS金屬切削模擬
本視頻詳細介紹了ABAQUS模擬金屬切削過程的建模及參數(shù)設(shè)置，并就其中關(guān)鍵點做出解釋，均在視頻中給出，付費用戶本人負責答疑，但學識有限，同行之間互相交流，共同進步~~ 本人建立關(guān)于該視頻的群，群內(nèi)有關(guān)于刨削的文件案例等等，購買視頻者可進群
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金屬疲勞模擬的實例教程
擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應(yīng)力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應(yīng)力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環(huán)加載中的包辛格效應(yīng)
背應(yīng)力的演化遵循AF模型
并使用原始的PAN模型描述滑移系統(tǒng)的硬化行為
為了表征多晶的疲勞壽命，引入兩類疲勞指示因子分別為
一：累計塑性滑移
二：累計能量耗散
展開 參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應(yīng)力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環(huán)加載中的包辛格效應(yīng)
背應(yīng)力的演化遵循AF模型
并使用原始的PAN模型描述滑移系統(tǒng)的硬化行為
為了表征多晶的疲勞壽命，引入兩類疲勞指示因子分別為
一：累計塑性滑移
二：累計能量耗散
以文獻的例，驗證修改模型的準確性，其中文獻作者的幾何模型和材料參數(shù)如下
依據(jù)該模型，作者模擬得到單調(diào)拉伸以及循環(huán)加載下材料的宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)為
微觀響應(yīng)結(jié)果為
基于兩類疲勞指示因子，作者通過線性外推得到了基于模擬的壽命預(yù)測結(jié)果:
基于作者提供的思路和參數(shù)，對黃永剛原始程序進行修改，考慮背應(yīng)力效應(yīng)，并進行簡單的數(shù)值驗證
1，建立包含200晶粒的二維多晶模型（0.1*0.03mm），并使用四節(jié)點平面應(yīng)變單元進行網(wǎng)格劃分，如下圖
2，施加正弦形式的循環(huán)拉壓的位移載荷（1%），引力比為-1
3，模擬結(jié)果如下：
第一個滑移系統(tǒng)的背應(yīng)力：
累計塑性剪切：
累計能量耗散：
宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)：
展開 橡膠和金屬的力學行為有非常大的差異，我們首先可以從平均應(yīng)變或應(yīng)力對材料疲勞性能影響的角度來分析這種差異。
圖1顯示了幾個典型的等幅應(yīng)變循環(huán)，每個循環(huán)都處于不同的平均應(yīng)變水平。在循環(huán)疲勞試驗中，如果施加的應(yīng)力幅度等于平均應(yīng)力，我們把這種情況稱為脈沖載荷循環(huán)或全松弛載荷循環(huán)。如果平均應(yīng)力為零，我們把這種情況稱為完全反轉(zhuǎn)的拉伸/壓縮加載循環(huán)。如果最小應(yīng)力總是正的，則稱為非全松弛載荷循環(huán)（即試樣總是處于加載狀態(tài)）。非全松弛載荷循環(huán)在應(yīng)用中很常見，例如：在安裝過程中對產(chǎn)品施加了預(yù)載荷；襯套在模壓過程中產(chǎn)生的壓縮預(yù)應(yīng)力、過盈配合、由于熱膨脹/收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；以及在輪胎中，簾線的形狀記憶效應(yīng)。
圖1. 在三種不同的平均應(yīng)變下的恒定振幅加載循環(huán)
在金屬疲勞分析方法中，通常以應(yīng)力幅度σa和平均應(yīng)力σm相對于屈服應(yīng)力σy和極限應(yīng)力σu的大小來定義應(yīng)力均值效應(yīng)對金屬材料疲勞行為的影響。如圖2所示。當加載應(yīng)力處于疲勞閾值應(yīng)力σ0以下時，材料具有無限壽命。Haigh圖（或Goodman圖）（圖2左）將疲勞壽命繪制為這些變量的函數(shù)[1]。Wohler曲線（圖2右）提供了類似的信息。對于金屬材料，有一個普遍適用的簡單規(guī)則：增加平均應(yīng)變將降低疲勞壽命。通常還假設(shè)金屬的潛在疲勞開裂面垂直于最大主應(yīng)力方向。
圖2. 顯示平均應(yīng)變對金屬疲勞壽命影響的Haigh圖（左）和Wohler曲線（右）
橡膠材料與金屬材料有許多不同之處
1.在原子尺度上
At the atomic scale
橡膠由長鏈分子組成，這些分子經(jīng)歷恒定的熱運動，同時以永久的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)相互連接。這種結(jié)構(gòu)允許發(fā)生大的彈性/可逆應(yīng)變。而金屬則完全不同，它們以單個原子的形式存在于有序的晶體中，偶爾會出現(xiàn)位錯或晶格空位。
展開 在變幅疲勞實驗中, 具有不同孿晶片層和晶粒尺寸的兩類納米孿晶樣品隨塑性應(yīng)變幅階梯式遞進增加時的循環(huán)響應(yīng)曲線(圖a和d)和隨塑性應(yīng)變幅階梯式遞進減小時的循環(huán)響應(yīng)曲線(圖b和e)；圖c和f分別為兩類樣品在不同應(yīng)變幅時的滯后環(huán)。應(yīng)變幅恒定時，應(yīng)力和應(yīng)變具有一一對應(yīng)關(guān)系，循環(huán)滯后環(huán)完全重合。
該結(jié)果表明經(jīng)過上萬次循環(huán)加載變形之后，納米孿晶金屬的塑性變形是可逆的且沒有累積損傷，表現(xiàn)出一種獨特的與歷史無關(guān)的穩(wěn)定循環(huán)響應(yīng)特征。微觀結(jié)構(gòu)分析與大規(guī)模分子動力學計算模擬發(fā)現(xiàn)循環(huán)載荷作用下，納米孿晶結(jié)構(gòu)中僅有單滑移位錯啟動，并在納米尺度孿晶間形成大量超級穩(wěn)定、相互平行的高度關(guān)聯(lián)項鏈狀位錯（圖2）。
圖2.分子動力學計算模擬疲勞試驗過程中納米孿晶片層內(nèi)形成的高度關(guān)聯(lián)項鏈狀位錯及穩(wěn)定孿晶界面。
這種關(guān)聯(lián)項鏈狀位錯結(jié)構(gòu)往復(fù)可逆運動承擔塑性變形，但相互之間并無交互作用，既不破壞納米孿晶結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也不造成累積損傷。納米孿晶金屬與歷史無關(guān)的穩(wěn)定循環(huán)響應(yīng)特征與傳統(tǒng)單晶、粗晶和納米晶體金屬具有的結(jié)構(gòu)非穩(wěn)定化和嚴重損傷累積的循環(huán)變形行為截然不同。
該研究獲得科技部國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金委國際合作重點項目、中國科學院前沿科學重點研究等項目資助。
— END —
內(nèi)容轉(zhuǎn)自公眾號：材料科學與工程
展開 在彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下，應(yīng)力的分布集中于表層，表面處理形成的殘余應(yīng)力和這種外加應(yīng)力疊加，使表面實際承受的應(yīng)力降低，同時，由于表層材料的強化，因而能有效地提高彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下的疲勞強度。
和滲碳、氮化以及碳氮共滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳，使表層的強度降低，則會使材料的疲勞強度大幅度降低。同樣，表面鍍層（如鍍Cr、Ni等）由于鍍層中的裂紋造成的缺口效應(yīng)、鍍層在基體金屬中引起的殘余拉應(yīng)力以及電鍍過程中氫氣的浸入導(dǎo)到氫脆等原因，使疲勞強度降低。
采用感應(yīng)淬火、表面火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火，均可獲得一定深度的表面硬度化層，并在表層形成有利的殘余壓應(yīng)力，因而也是提高零件疲勞強度的有效方法。
表面滾壓和噴丸等處理，由于能在試樣表面形成一定深度的形變硬化層，同時使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，因而也是提高疲勞強度的有效途徑。
下載地址：疲勞強度徐灝
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金屬疲勞模擬的最新內(nèi)容
結(jié)構(gòu)力學分析（靜力/動力/疲勞）、多體系統(tǒng)仿真（MBD）、鑄造/成型過程模擬是一個非常經(jīng)典且覆蓋面廣的工業(yè)仿真問題，涵蓋了機械、材料和制造工程的核心領(lǐng)域。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，深入理解這些算法的計算特性，是為客戶提供精準、高效硬件配置方案的基礎(chǔ)。
我將為您逐一解析這三大仿真領(lǐng)域。
核心結(jié)論速覽表
ABAQUS能進行疲勞試驗模擬嗎6個月前
可以使用Python腳本或者用戶子程序模擬疲勞試驗，獲取應(yīng)力-壽命數(shù)據(jù)嗎
一、項目簡介
本項目配置有兩臺并聯(lián)運行的金屬濾袋除塵器，采用灰斗下部進氣方式。主進氣管道內(nèi)徑為2000mm，在額定工況下，管道內(nèi)煙氣流速較高。為確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行，需對氣流組織進行精細化設(shè)計與驗證，重點滿足以下幾項關(guān)鍵要求：
首先，煙氣進入除塵器本體后，必須合理分布，確保濾袋表面的過濾風速處于設(shè)計允許范圍內(nèi)，避免局部風速過高導(dǎo)致濾袋過度磨損或清灰困難，同時也防止低風速區(qū)域積灰難以清除
橡膠和金屬的力學行為有非常大的差異，我們首先可以從平均應(yīng)變或應(yīng)力對材料疲勞性能影響的角度來分析這種差異。
圖1顯示了幾個典型的等幅應(yīng)變循環(huán)，每個循環(huán)都處于不同的平均應(yīng)變水平。在循環(huán)疲勞試驗中，如果施加的應(yīng)力幅度等于平均應(yīng)力，我們把這種情況稱為脈沖載荷循環(huán)或全松弛載荷循環(huán)。如果平均應(yīng)力為零，我們把這種情況稱為完全反轉(zhuǎn)的拉伸/壓縮加載循環(huán)。如果最小應(yīng)力總是正的，則稱為非全松弛載荷循環(huán)（即試樣總是處于加載狀態(tài)
<p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><strong>一、項目簡介</strong></p><p>某鋼廠雙列式金屬濾袋除塵器，除塵器前端管道布置路線復(fù)雜且彎頭較多，可能造成運行阻力較大；進氣方式為灰斗進氣，且進口管道處有彎頭，可能會對袋室內(nèi)煙氣流場均勻性產(chǎn)生不利影響；為保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，需通過CFD對袋除塵器運行狀態(tài)進行模擬
關(guān)鍵詞：循環(huán)載荷；Cu單晶，塑性變形，位錯，lammps
循環(huán)載荷是指在外力作用下，材料或結(jié)構(gòu)經(jīng)歷周期性應(yīng)力或應(yīng)變變化的現(xiàn)象。這種周期性變化通常是由于機械振動、疲勞測試、交變工作環(huán)境等因素引起的。循環(huán)載荷的大小和方向隨時間呈規(guī)律性變化，可以是正弦波、方波或其他形式的波形。循環(huán)載荷的影響一般采用應(yīng)力-應(yīng)變曲線或疲勞壽命實驗來確定。通常根據(jù)材料在循環(huán)載荷下的應(yīng)力幅值、應(yīng)變幅值以及循環(huán)次數(shù)來定義其疲勞性能
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參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應(yīng)力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環(huán)加載中的包辛格效應(yīng)
背應(yīng)力的演化遵循
擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應(yīng)力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應(yīng)力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環(huán)加載中的包辛格效應(yīng)
金屬增材制造是增材制造技術(shù)中發(fā)展最為迅速的分支，現(xiàn)已廣泛運用于航空航天、能源動力等領(lǐng)域，發(fā)展相關(guān)的數(shù)值模擬技術(shù)對深入理解其復(fù)雜物理過程與優(yōu)化工藝參數(shù)具有重要的學術(shù)及工程意義。
與傳統(tǒng)減材制造（切削、磨削等）和等材制造（鑄造、鍛壓等）的材料加工方式不同，金屬增材制造依據(jù)三維計算機輔助設(shè)計（CAD）數(shù)據(jù)，通過光源或高能熱源等將離散材料（粉材、絲材等）逐層累積制造實體構(gòu)件，是一種自下而上疊加材料成形的
