高周疲勞試驗
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
高周疲勞試驗的實例教程
低周和高周疲勞的區(qū)分
根據(jù)產(chǎn)生裂紋所需的載荷循環(huán)次數(shù)，人們習(xí)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(huán)作為區(qū)分的依據(jù)。
在高周疲勞情況下，應(yīng)力足夠低，因此應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)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(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)滯回特性。
在分析高周疲勞時，應(yīng)力范圍通常用于描述
受力
狀態(tài)
，而
在分析低周疲勞時，
則會選擇
應(yīng)變范圍或耗散能量。
3. 高周疲勞的數(shù)學(xué)模型
材料疲勞領(lǐng)域的研究最早開始于
19 世紀，這一領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了許多疲勞預(yù)測方法。其中一個經(jīng)典模型就是 S-N 曲線。這一曲線將材料失效前所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)（即壽命）N 與單軸加載的應(yīng)力幅值關(guān)聯(lián)起來。
曲線在水平軸上代表失效循環(huán)數(shù)，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(guān)系將在很大的耐久性范圍內(nèi)近似于一條直線。
總的趨勢是，降低應(yīng)力幅值，可以獲得更長的材料使用壽命。通常這種相關(guān)性非常強，可以達到應(yīng)力幅值降低10% 就能夠?qū)⑹褂脡勖娱L50% 。
圖3
載荷與失效循環(huán)數(shù)的關(guān)系
某些材料在疲勞試驗中表現(xiàn)出了應(yīng)力閾值，稱為疲勞極限，當(dāng)應(yīng)力低于該閾值時，
將
不會出現(xiàn)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(huán)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(huán)不會導(dǎo)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(yīng)力作用下，也會因疲勞而失效，比如鋁合金。
展開 往復(fù)活塞式發(fā)動機的高周疲勞步奏
往復(fù)活塞式發(fā)動機的高周疲勞步奏.pdf
1 前言
由于客觀原因，會進行一段時間的疲勞分析學(xué)習(xí)，優(yōu)化部分的內(nèi)容相對也會延后一段時間。不得不說，前幾天基本上都是在看資料，整得人云里霧里的，所以思來想去還是得重操舊業(yè)，學(xué)習(xí)一點總結(jié)一點。強調(diào)一下，由于在疲勞方面學(xué)習(xí)的時間暫時不是太長，因此文章內(nèi)容難免會有錯誤，希望大家指正，互相學(xué)習(xí)。
2 問題描述
圖 1 有限元模型
如圖所示是一個常規(guī)的靜力分析，約束以及載荷都標(biāo)識在了圖中。然而不同的是，現(xiàn)在這個支架的工作狀況相對來說比較惡劣，需要在-0.1Mpa~0.1MPa的對稱循環(huán)壓力荷載下進行工作，試估算其使用疲勞壽命。
3 問題分析
對于這樣一個問題，如果不使用軟件，我們可能會這樣處理：
① 使用材料力學(xué)方法計算得到工況下的名義應(yīng)力
② 查詢相關(guān)手冊得到該模型在該工況下的理論應(yīng)力集中系數(shù)
③ 綜合考慮名義應(yīng)力，應(yīng)力集中系數(shù)，載荷幅值以及其余影響因素得到用于校核疲勞壽命的應(yīng)力幅值
④ 對應(yīng)材料的S-N曲線（對于高周疲勞問題）得到結(jié)構(gòu)在對應(yīng)工況下的疲勞壽命
上述問題如果轉(zhuǎn)換成軟件來實現(xiàn)也是一樣，首先利用有限元軟件計算得到危險部位的應(yīng)力值，然后結(jié)合相應(yīng)的載荷輸入，材料S-N曲線輸入，通過相應(yīng)的疲勞算法得到結(jié)構(gòu)局部的損傷量，最后通過后處理得到疲勞壽命云圖，對應(yīng)的過程就是下面的疲勞五框圖：
圖 2 疲勞五框圖
4 分析流程
4.1 有限元結(jié)果獲取與導(dǎo)入
對照五步圖，我們首先獲取有限元分析結(jié)果，這里個人使用hyperworks的optistruct求解器進行有限元分析，大家可以根據(jù)自己的分析需求使用不用的有限元求解器。對于optistruct，個人建議結(jié)果存儲為.op2格式，測試默認的.h3d格式文件識別的不是特別好。
展開 2 流程梳理
圖 2 S-N疲勞壽命求解流程
這是S-N求解引擎的基本流程（前文的五框圖是疲勞分析的基本流程）。首先，軟件根據(jù)我們提供的荷載形式（Load Provider）以及有限元計算的應(yīng)力結(jié)果能得到整個應(yīng)力的變化形式，也叫應(yīng)力歷程（Stress History），然后從中選取一種類型的應(yīng)力進行疲勞分析（Combined stress history），即得到某種應(yīng)力（比如絕對最大主應(yīng)力）的歷程曲線，之后進行雨流循環(huán)計數(shù)（Rainflow count）來得到應(yīng)力歷程的循環(huán)周次與幅值等信息，最后對照S-N曲線對每個循環(huán)進行損傷計算并按照一定的規(guī)則進行疊加，得到總的損傷量（Damage），最后得到疲勞壽命。
3 尋找原因
在這個循環(huán)中，我們會發(fā)現(xiàn)前面四步是直接和提供的模型以及荷載形式有關(guān)，也就是說，如果這幾個都一樣，結(jié)果不會有變化，那么應(yīng)力修正只會發(fā)生在最后一步：計算Damage（下一篇文章需要說明的內(nèi)容），而計算損傷最重要的一步就是根據(jù)應(yīng)力情況對照相應(yīng)的S-N曲線尋找疲勞壽命。因此，知道軟件到底是如何根據(jù)S-N曲線得到對應(yīng)的疲勞壽命至關(guān)重要。
要弄清楚這一點，首先我們必須明白材料S-N曲線是在一種對應(yīng)的加載形式下測試出的，這種加載形式只有與你用于分析的載荷形式對應(yīng)才行，就像你不能用0~2的循環(huán)荷載對應(yīng)-1~1的測試得出的材料S-N曲線去找疲勞壽命。可是我們遇到的問題是：通過實驗去測定不同應(yīng)力比下的S-N曲線是十分困難的，因此有些學(xué)者提出了經(jīng)驗?zāi)Ｐ停鶕?jù)應(yīng)力比為-1載荷下得到的S-N曲線去修正得到應(yīng)力比為其它數(shù)值的S-N曲線，這些經(jīng)驗?zāi)Ｐ途褪乔懊嫠f的平均應(yīng)力修正模型。
展開 然而，工程材料在服役時通常受循環(huán)載荷作用而不是單調(diào)載荷，且目前關(guān)于疲勞性能的數(shù)據(jù)十分有限。研究胞結(jié)構(gòu)對AM合金疲勞行為的影響，尤其是基于位錯理論分析變形機制尚處在研究前沿。
近日，來自瑞典林雪平大學(xué)和中科院沈陽金屬所等單位的研究人員通過開展室溫高周疲勞試驗，對比分析了含/不含胞結(jié)構(gòu)AM 316LSS樣品的疲勞性能和位錯組織等，揭示了胞結(jié)構(gòu)在循環(huán)變形中的作用。相關(guān)論文以題為“Cyclic response of additive manufactured 316L stainless steel: The role of cell structures”發(fā)表在Scripta Materialia上。
論文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114190
本文中，作者通過退火熱處理（900 ℃/1050 ℃，10 min）獲得了胞結(jié)構(gòu)體積分數(shù)不同的兩種樣品，其中1050 ℃退火樣品為不含胞結(jié)構(gòu)樣品，而未退火樣品具有完整的胞結(jié)構(gòu)。對上述三類樣品進行室溫高周疲勞試驗發(fā)現(xiàn)，與不含胞結(jié)構(gòu)的樣品相比，完整胞結(jié)構(gòu)樣品的疲勞過程僅包含穩(wěn)態(tài)和過載階段而無最初的軟化階段，且該樣品具有更高的強度、更低的循環(huán)軟化速率以及更長的壽命，如圖1所示。
圖1. （a-c）未退火和900 ℃/1050 ℃退火樣品的總應(yīng)變范圍-循環(huán)次數(shù)關(guān)系；（d）總應(yīng)變范圍-歸一化循環(huán)次數(shù)（N/Nf）關(guān)系；（e）圖1（d）中歸一化循環(huán)次數(shù)在0.2以內(nèi)的曲線放大圖；（f）未退火和1050 ℃退火樣品達92%疲勞壽命時的滯后回線；（g）總應(yīng)力范圍-失效循環(huán)次數(shù)關(guān)系。
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高周疲勞試驗的最新內(nèi)容
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裝甲車在戰(zhàn)場及訓(xùn)練中頻繁通過壕溝、彈坑路、陡坡等惡劣路面，其結(jié)構(gòu)在長期交變載荷作用下易產(chǎn)生疲勞裂紋，傳統(tǒng)基于物理樣車的耐久測試周期長、成本高，且難以在研發(fā)早期覆蓋所有危險工況。CAxWorks.VPG車輛工程仿真軟件是戴西軟件推出的一款完全集成的非線性瞬態(tài)動力學(xué)分析軟件，內(nèi)置道路、輪胎、懸架工具集及虛擬試驗場路面數(shù)據(jù)，能夠基于實際加載條件快速建立整車虛擬樣機，生成精確的載荷譜，為結(jié)構(gòu)耐久性分析提供早期數(shù)據(jù)支撐
汽車密封條，作為守護車廂靜謐、防塵防水的“無聲衛(wèi)士”，長期承受著車門、車窗反復(fù)開合帶來的彎折、擠壓以及嚴寒酷暑的溫度考驗。其耐久性直接關(guān)系到車輛的長期舒適性與品質(zhì)感。那么，如何科學(xué)地預(yù)測一條密封條能否在十年如一日的使用中保持“青春活力”？彎折試驗機正是解開這一謎題的關(guān)鍵工具。
一、 核心原理：模擬加速，量化衰減
評估的核心思想在于“模擬工況，加速實驗，量化對比”。彎折試驗機通過在實驗室內(nèi)模擬密封條在實際使用中經(jīng)歷的彎折動作與溫度環(huán)境
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
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引言
隨著科學(xué)技術(shù)的進步和輕量化的發(fā)展趨勢，復(fù)合材料逐漸出現(xiàn)在了各行各業(yè)之中，首當(dāng)其沖的就是汽車行業(yè)。由于復(fù)合材料強度高、剛度大、質(zhì)量輕、具有良好的可設(shè)計性，與傳統(tǒng)金屬相比，可以在同等性能條件下大幅減重，為安裝、運輸都提供了巨大的方便；且復(fù)合材料具有更好的耐腐蝕、疲勞性能，具有良好的發(fā)展前景。復(fù)合材料具有各向異性的特性，即使是同一種材料，不同的鋪層設(shè)計也會導(dǎo)致其性能上的差異，所以研究復(fù)合材料的性能具有十分重要的意義
摘 要：本研究通過數(shù)值計算和室內(nèi)實驗仿真的方式開展了對常規(guī)巖土力學(xué)試驗主應(yīng)力組成分析與疲勞荷載的研究。進行了常規(guī)巖土力學(xué)試驗的仿真，并得出了主應(yīng)力分布特點。通過建立疲勞仿真計算模型，對試件進行疲勞仿真驗證，針對四組不同算例對試件的疲勞荷載進行模擬分析。通過研究得出不同主應(yīng)力組合對試件的疲勞荷載有著一定影響。
關(guān)鍵詞：常規(guī);試驗;疲勞;組成分析;主應(yīng)力;巖土力學(xué);
1 常規(guī)巖土力學(xué)仿真中的主應(yīng)力分布特點
FORM+TEST這個曾經(jīng)的小企業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展成為國際公認的測試機械制造商。 E. Seidner的老公司已經(jīng)被管理層和一個忠誠的員工團隊重組為FORM+TEST一家現(xiàn)代化的測試系統(tǒng)公司。 有了最先進的生產(chǎn)技術(shù)，我們可以實現(xiàn)甚至最嚴格的愿望和要求，由科學(xué)和工業(yè)的高質(zhì)量測試系統(tǒng)。 FORM+TEST有最先進的生產(chǎn)技術(shù)，我們可以實現(xiàn)甚至最嚴格的愿望和要求，由科學(xué)和工業(yè)的高質(zhì)量測試系統(tǒng)。 FORM+TEST
線束在汽車運行中起著傳遞電壓、信號及數(shù)據(jù)的作用，稱得上是汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別是在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的工業(yè)背景下，不僅要求線束起到通斷作用，而且還對數(shù)據(jù)的傳輸速率及響應(yīng)能力提出了更高的要求。線束的失效不僅影響整車信號傳遞及通斷，更嚴重的甚至危及駕駛員的生命安全，因此，有必要對線束在失效物理層面上進行深入分析研究，根據(jù)線束潛在的失效機理定量化的建立失效物理模型，考核線束的疲勞失效壽命在工程實踐中變得十分重要
摘要：汽車線束為汽車電氣連接的核心組件，在汽車電路領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，線束的失效不僅影響整車信號的通斷，甚至危及駕駛員的生命安全。因此，對汽車線束進行可靠性指標(biāo)的量化評價及疲勞壽命預(yù)測具有重要意義。本文從“失效物理”的角度出發(fā)，根據(jù)線束失效機理模型及使用環(huán)境要求進行加速試驗設(shè)計，預(yù)測線束疲勞失效壽命。研究方法供汽車行業(yè)在進行線束可靠性量化評價方面提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用
1 前言
數(shù)值仿真和物理試驗是目前產(chǎn)品NVH設(shè)計的兩大技術(shù)手段。物理試驗的特點是試驗技術(shù)比較直觀、結(jié)果比較確定，但缺點是必須在具備實際物理樣機的條件下才能進行，而且一般成本高、周期長；而數(shù)值仿真技術(shù)優(yōu)勢在于效率高、成本低、能夠得到試驗方法無法獲得的信息，可以在設(shè)計前期不具備物理樣機的情況下即開始應(yīng)用，并有效的指導(dǎo)設(shè)計。
NVH行業(yè)內(nèi)流行一句調(diào)侃，“沒有試驗支撐的仿真屬于仿假”。
各有關(guān)單位：
隨著智能制造和“工業(yè)4.0”建設(shè)步伐加速，CAE一直是產(chǎn)品開發(fā)過程中的催化劑，大大提高產(chǎn)品性能，降低研發(fā)成本，同時能夠使產(chǎn)品快速地推向市場。通常情況下
汽車工程、船舶工程、家電、軍工、航空航天、工程機械、軌道交通
等領(lǐng)域產(chǎn)品在實際使用過程中不僅會遇到簡單靜強度破壞問題而且還會遇到各種更復(fù)雜的情況，如振動、沖擊、疲勞等現(xiàn)象，控制不好往往會使零部件壽命縮短、機械系統(tǒng)產(chǎn)生巨大噪音
