疲勞與斷裂分析的案例
曲軸的疲勞斷裂分析
系統(tǒng)闡述利用有限元法對機械結(jié)構(gòu)零部件進行疲勞斷裂分析的相關(guān)理論和方法。在此基礎(chǔ)上對16V240機車柴油機曲軸的最危險曲拐進行最大和最小工況下的三維有限元分析,確定裂紋易產(chǎn)生的危險截面,求解危險截面處不同深度和形態(tài)的表面橢圓裂紋的應(yīng)力強度因子,并擬合關(guān)于橢圓裂紋特征參數(shù)及總體坐標下的等效應(yīng)力強度因子的近似表達式。為預(yù)測含裂紋曲軸的承載能力、剩余壽命、制定判廢標準等提供相關(guān)的疲勞斷裂參數(shù)。
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疲勞斷裂分析 附疲勞與斷裂華中科技大學(xué)下載
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疲勞與斷裂的概念
1、疲勞：金屬材料在應(yīng)力或應(yīng)變的反復(fù)作用下發(fā)生的性能變化稱為疲勞；
2、疲勞斷裂：材料承受交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變時，引起的局部結(jié)構(gòu)變化和內(nèi)部缺陷的不斷地發(fā)展，使材料的力學(xué)性能下降，最終導(dǎo)致產(chǎn)品或材料的完全斷裂，這個過程稱為疲勞斷裂。也可簡稱為金屬的疲勞。引起疲勞斷裂的應(yīng)力一般很低，疲勞斷裂的發(fā)生，往往具有突發(fā)性、高度局部性及對各種缺陷的敏感性等特點。
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疲勞斷裂的分類
1、高周疲勞與低周疲勞
如果作用在零件或構(gòu)件的應(yīng)力水平較低，破壞的循環(huán)次數(shù)高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。
例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產(chǎn)品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構(gòu)件的應(yīng)力水平較高，破壞的循環(huán)次數(shù)較低，一般低于1萬次的疲勞，稱為低周疲勞。例如壓力容器，汽輪機零件的疲勞損壞屬于低周疲勞 。
2、應(yīng)力和應(yīng)變來分析
應(yīng)變疲勞——高應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)較低，稱為低周疲勞；
應(yīng)力疲勞——低應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)較高，稱為高周疲勞。
展開 一文帶你分析疲勞斷裂！ 附疲勞與斷裂華中科技大學(xué)文檔下載
No.1 疲勞與斷裂的概念
1.疲勞：金屬材料在應(yīng)力或應(yīng)變的反復(fù)作用下發(fā)生的性能變化稱為疲勞。
2.疲勞斷裂：材料承受交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變時，引起的局部結(jié)構(gòu)變化和內(nèi)部缺陷的不斷地發(fā)展，使材料的力學(xué)性能下降，最終導(dǎo)致產(chǎn)品或材料的完全斷裂，這個過程稱為疲勞斷裂，也可簡稱為金屬的疲勞。
引起疲勞斷裂的應(yīng)力一般很低，疲勞斷裂的發(fā)生，往往具有突發(fā)性、高度局部性及對各種缺陷的敏感性等特點。
No.2 疲勞斷裂的分類
1.高周疲勞與低周疲勞
如果作用在零件或構(gòu)件的應(yīng)力水平較低，破壞的循環(huán)次數(shù)高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產(chǎn)品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構(gòu)件的應(yīng)力水平較高，破壞的循環(huán)次數(shù)較低，一般低于1萬次的疲勞，稱為低周疲勞。例如壓力容器，汽輪機零件的疲勞損壞屬于低周疲勞 。
2.應(yīng)力和應(yīng)變分析
應(yīng)變疲勞——高應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)較低，稱為低周疲勞；
應(yīng)力疲勞——低應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)較高，稱為高周疲勞。
復(fù)合疲勞，但在實際中，往往很難區(qū)分應(yīng)力與應(yīng)變類型，一般情況下二種類型兼而有之，這樣稱為復(fù)合疲勞。
3.按照載荷類型分類
彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞、振動疲勞、微動疲勞。
展開 融合深度學(xué)習(xí)與CAE技術(shù)的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計：一種新興的數(shù)值方法”提升工程仿真效率
疲勞斷裂與物理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 流體固體
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動力系統(tǒng)力學(xué)環(huán)境試驗?zāi)M的計算利器-圖形工作站、服務(wù)器、集群硬件配置推薦
§ 結(jié)果分析：分析仿真結(jié)果，評估動力系統(tǒng)在力學(xué)環(huán)境下的性能。
動力系統(tǒng)力學(xué)環(huán)境試驗?zāi)M主要研究科目：
§ 動力系統(tǒng)的振動和結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)。
§ 機械和熱應(yīng)力分析。
§ 噪音和振動控制。
§ 材料疲勞和斷裂分析。
§ 潤滑油和冷卻系統(tǒng)的性能。
§ 引擎燃燒和性能分析。
§ 環(huán)境條件下的可靠性和耐久性研究。
動力系統(tǒng)力學(xué)環(huán)境試驗?zāi)M包括多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：
§ 動力系統(tǒng)建模和仿真。
§ 邊界條件的定義，例如溫度、壓力、振動等。
§ 實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)采集。
§ 動態(tài)響應(yīng)分析。
§ 應(yīng)力和變形分析。
§ 聲學(xué)分析。
§ 疲勞和壽命預(yù)測。
§ 結(jié)果解釋和性能改進。
通常使用的一些算法和求解器包括：
§ 有限元分析（Finite Element Analysis，F(xiàn)EA）：用于結(jié)構(gòu)動力學(xué)和熱應(yīng)力分析。
§ 計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）：用于燃燒和流體流動分析。
§ 聲學(xué)模擬：用于噪音分析。
§ 多體動力學(xué)仿真：用于機械系統(tǒng)的運動模擬。
§ 疲勞壽命預(yù)測：用于材料疲勞和斷裂分析。
動力系統(tǒng)力學(xué)環(huán)境試驗?zāi)M的主要算法包括：
§ 有限元分析：用于求解結(jié)構(gòu)模型的響應(yīng)。
§ 剛體動力學(xué)分析：用于求解動力模型的響應(yīng)。
§ 控制系統(tǒng)仿真：用于求解控制模型的響應(yīng)。
展開 飛機結(jié)構(gòu)疲勞強度與斷裂分析
一、疲勞的基本概念
（一）、疲勞破壞的特征
1、在交變的工作應(yīng)力遠小于材料的強度極限，甚至比屈服極限還小的情況下，破壞就可以發(fā)生。
2、疲勞破壞是一個累積損傷的過程，要經(jīng)過一定的時間歷程在交變應(yīng)力多次循環(huán)之后才突然發(fā)生。
3、疲勞破壞時沒有明顯的塑性變形。即使塑性較好的材料，破壞時也象脆性材料那樣，只有很小的塑性變形。因此，疲勞破壞事前不易察覺。
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現(xiàn)兩個不同的區(qū)域，一個是比較光滑的區(qū)域，叫做疲勞區(qū)，內(nèi)有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區(qū)域，叫做瞬時斷裂區(qū)。此區(qū)域內(nèi)沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內(nèi)因：構(gòu)件外形尺寸的突變或材料內(nèi)部有缺陷
外因：構(gòu)件要承受有交變載荷（或交變應(yīng)力）
在交變應(yīng)力長期作用下，在構(gòu)件外形突變處，或材料有缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中，促使裂紋逐漸擴展，構(gòu)件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構(gòu)件就會沿削弱了的截面發(fā)生突然斷裂。
二、飛機結(jié)構(gòu)承受的交變載荷
（一）、飛機結(jié)構(gòu)承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數(shù)來表示。
2.突風(fēng)載荷
它是由于飛機在不穩(wěn)定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風(fēng)作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環(huán)載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設(shè)備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。
展開 飛機結(jié)構(gòu)疲勞強度與斷裂分析
一、疲勞的基本概念
（一）、疲勞破壞的特征
1、在交變的工作應(yīng)力遠小于材料的強度極限，甚至比屈服極限還小的情況下，破壞就可以發(fā)生。
2、疲勞破壞是一個累積損傷的過程，要經(jīng)過一定的時間歷程在交變應(yīng)力多次循環(huán)之后才突然發(fā)生。
3、疲勞破壞時沒有明顯的塑性變形。即使塑性較好的材料，破壞時也象脆性材料那樣，只有很小的塑性變形。因此，疲勞破壞事前不易察覺。
4、疲勞破壞的斷口有明顯的特征，總是呈現(xiàn)兩個不同的區(qū)域，一個是比較光滑的區(qū)域，叫做疲勞區(qū)，內(nèi)有弧形線條，叫做疲勞線；另一個是比較糙的區(qū)域，叫做瞬時斷裂區(qū)。此區(qū)域內(nèi)沒有疲勞線。
（二）、疲勞破壞的原因
疲勞破壞的原因
內(nèi)因：構(gòu)件外形尺寸的突變或材料內(nèi)部有缺陷
外因：構(gòu)件要承受有交變載荷（或交變應(yīng)力）
在交變應(yīng)力長期作用下，在構(gòu)件外形突變處，或材料有缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，逐步形成了非常細微的裂紋（即疲勞源），在裂紋尖端產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中，促使裂紋逐漸擴展，構(gòu)件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構(gòu)件就會沿削弱了的截面發(fā)生突然斷裂。
二、飛機結(jié)構(gòu)承受的交變載荷
（一）、飛機結(jié)構(gòu)承受的疲勞載荷
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。機動載荷用飛機過載的大小和次數(shù)來表示。
2.突風(fēng)載荷
它是由于飛機在不穩(wěn)定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風(fēng)作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環(huán)載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設(shè)備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷，稱為地－空－地循環(huán)載荷。這是一種時間長、幅值大的載荷。
4.著陸撞擊載荷
它是由于飛機著陸接地后，起落架的彈性引起飛機顛簸加到飛機上的重復(fù)載荷。
展開 基于黃umat和cohesive實現(xiàn)疲勞過程中的沿晶斷裂分析------案例九
基于黃umat和cohesive實現(xiàn)疲勞過程中的沿晶斷裂分析
案例實操
1，建立包含50個晶粒的多晶模型，晶界處使用cohesive單元
2，分別對晶界cohesive單元和晶粒實體單元進行材料屬性賦值
3，X0方向固定，施加X1方向的疲勞載荷
4，指定對應(yīng)的單元類型
5，提交與后處理材料數(shù)據(jù)
晶粒幾何模型
晶界幾何模型
隨著循環(huán)次數(shù)增加逐漸開裂
變形過程中應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)
保姆級教程|“貌離神合”的海工結(jié)構(gòu)疲勞分析中的S-N曲線和斷裂力學(xué)方法
應(yīng)用S-N曲線方法分析海洋工程結(jié)構(gòu)物的疲勞問題是目前最為常規(guī)的計算手段和設(shè)計依據(jù)。然而工程實踐表明，疲勞破壞案例占到所有結(jié)構(gòu)破壞案例的大多數(shù)，遠多于屈服和屈曲，這從側(cè)面表明S-N曲線方法可能存在一定缺陷。盡管如此，S-N曲線方法因其直觀且易于工程應(yīng)用的特點，相信今后一段時期內(nèi)仍然是海洋工程結(jié)構(gòu)物主流的計算分析方法。
我們也可看到近年來，斷裂力學(xué)方法不斷發(fā)展。筆者對斷裂力學(xué)方法在工程上的應(yīng)用十分關(guān)注，目前的主要應(yīng)用有：
• 在規(guī)范層面，目前船舶行業(yè)已經(jīng)對LNG Type B貨艙要求做裂紋擴展分析；
• 在海工結(jié)構(gòu)（導(dǎo)管架平臺）工程應(yīng)用層面，工程臨界分析（ECA）也經(jīng)常得以應(yīng)用來分析“已知”裂紋，以支持維修決策和制定檢驗方案等等, DNV-ST-0119中，對于浮式風(fēng)機基礎(chǔ)，視斷裂力學(xué)方法為疲勞壽命計算的方法之一。
目前對于疲勞分析方法，應(yīng)用S-N曲線和斷裂力學(xué)方法進行分析，無論從書本、規(guī)范還是應(yīng)用都似乎分得很開，有“不相往來”的感覺。
筆者認為研究學(xué)習(xí)，理解好兩者存在的關(guān)聯(lián)，認識斷裂力學(xué)分析的一些思路和方法對更好得應(yīng)用S-N曲線方法、一定程度克服其不足很有幫助。本文從工程的角度總結(jié)了一些心得體會，拋磚引玉，僅供大家參考。
寫在前面
本文的思路是從大家熟悉的S-N曲線方法入手，討論應(yīng)力范圍Δσ的意義并引入應(yīng)力強度因子，建立其與斷裂力學(xué)方法的聯(lián)系。再通過一個例子，互驗斷裂力學(xué)方法和S-N曲線方法的結(jié)果（附Python代碼參考）。主要參考規(guī)范DNV-RP-C203以及BS7910。
展開 【7月25-28日 北京】壓力容器靜動強度評定、疲勞斷裂計算、熱應(yīng)力高溫蠕變分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性
Ansys workbench具有強大的建模和仿真分析技術(shù)，并且操作簡單，易于掌握。為了讓廣大分析人員更好地掌握壓力容器的設(shè)計與計算技巧，弄清Ansys workbench壓力容器計算原理和操作技巧，特舉辦《壓力容器靜動強度評定、疲勞與斷裂計算、熱應(yīng)力與高溫蠕變分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性設(shè)計》高級培訓(xùn)。
本專題基于Ansys workbench平臺，立足ASME規(guī)范，同時兼顧GB-150和JB-4732壓力容器設(shè)計規(guī)范，通過大量的理論和工程實例講解，使學(xué)員在較短時間內(nèi)掌握Ansys workbench的使用方法；掌握壓力容器強度、疲勞、斷裂、熱應(yīng)力和高溫蠕變的Ansys workbench計算原理與計算技巧，弄清壓力容器結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)、優(yōu)化設(shè)計與可靠性計算原理并掌握其計算技巧。本專題可為壓力容器的計算仿真提供有效、可靠和全面的數(shù)值解決方案和技術(shù)支撐。詳情請參見“內(nèi)容大綱”。
二、時間地點
時間：2019年7月25日-7月28日（第一天報到，授課3天）
地點：北京
三、主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，擅長工程數(shù)值分析，14年仿真分析經(jīng)驗；仿真領(lǐng)域涉及結(jié)構(gòu)靜、動力計算，結(jié)構(gòu)疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學(xué)，流固耦合及多物理場耦合數(shù)值模擬，轉(zhuǎn)子及多體動力學(xué)，工程傳熱與熱應(yīng)力計算，爆炸與沖擊力學(xué)，Ansys二次開發(fā)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發(fā)明專利2項。培訓(xùn)70多場次，學(xué)員上千人。
四、內(nèi)容大綱
五、報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統(tǒng)一安排，費用自理。
展開 ABAQUS斷裂與疲勞理論與案例實施 ￥20
由于課程內(nèi)容包含斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)，因此 FEM 和 ABAQUS 解釋從零開始</div><div contenteditable="false" width="100%">描述：</div><div contenteditable="false" width="100%">疲勞是機械結(jié)構(gòu)失效的最常見原因。為了調(diào)查這種現(xiàn)象，研究人員進行了實驗，進行實際疲勞實驗需要大量的時間、大量的財政資源，并且受到尺寸限制的限制。解決方案在于開發(fā)和驗證精確的數(shù)值模型。這是我們課程背后的主要驅(qū)動力，因為它能夠準確可靠地預(yù)測裂紋的生長。本課程深入探討了使用擴展有限元法 （XFEM） 結(jié)合巴黎定律公式對疲勞裂紋擴展進行高級仿真，并在 ABAQUS 軟件中完全實現(xiàn)。該課程強調(diào)直接循環(huán)疲勞和低周疲勞方法，為分析材料在循環(huán)載荷下的劣化提供了一個全面的框架。</div><div contenteditable="false" width="100%">您將學(xué)習(xí)：1.斷裂力學(xué)基礎(chǔ)和疲勞裂紋擴展：</div><div contenteditable="false" width="100%">2。有限元法 （FEM） 和擴展有限元法 （XFEM）&nbsp;&nbsp;– FEM 的核心原理及其如何應(yīng)用于裂紋擴展模擬。&nbsp;– XFEM 的覆蓋范圍，包括富集函數(shù)，以及&nbsp;級別設(shè)置方法。&nbsp;&nbsp;– 如何在傳播過程中不重新劃分網(wǎng)格的情況下對裂縫進行建模，以及 XFEM 如何處理不連續(xù)性.</div><div contenteditable="false" width="100%">3.疲勞裂紋擴展狀態(tài)：&nbsp;&nbsp;– 了解裂紋尺寸和周期之間的關(guān)系，包括應(yīng)力比效應(yīng)等因素。
展開 
書籍－－金屬疲勞斷裂理論
疲勞方面的書籍
金屬疲勞斷裂理論_0.part1.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part2.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part3.rar
金屬疲勞斷裂理論_0.part4.rar
斷裂與疲勞
疲勞(Fatigue)與斷裂(Fracture)是引起工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件失效的最主要的原因。在面向21世紀的今天，人們對傳統(tǒng)強度(靜載荷作用、無缺陷材料的強度)的認識已相當深刻，工程中強度設(shè)計的實踐經(jīng)驗和積累也十分豐富，對于傳統(tǒng)強度的控制能力也大大增強。因此，疲勞與斷裂引起的失效在工程失效中越來越突出。
斷裂與疲勞.pdf
Ansys Mechanical 疲勞與斷裂新功能介紹
近年來，Ansys不斷將nCode DesignLife的相關(guān)分析功能整合到Mechanical界面下，目前已經(jīng)能夠支持常見的疲勞分析功能及參數(shù)設(shè)置，且易用性更強。
另一方面，Ansys Mechanical 也在持續(xù)增強和完善其裂紋擴展分析的相關(guān)功能。
本次研討會將向大家介紹 Ansys Mechanical界面下的nCode DesignLife的疲勞分析功能，以及裂紋擴展分析新技術(shù)，包括多種新的裂紋生成功能，多裂紋前沿技術(shù)等。
內(nèi)容綱要
張偉偉，Ansys主任應(yīng)用工程師
上海交通大學(xué)機械設(shè)計及理論專業(yè)博士，
擁有多年的有限元理論研究與仿真應(yīng)用經(jīng)驗，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表SCI，EI收錄論文十余篇，授權(quán)專利7項。目前任職于Ansys中國，負責(zé)結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品重點是顯式動力學(xué)產(chǎn)品的技術(shù)支持和推廣工作。
展開 材料的疲勞損傷與斷裂 ￥5
材料的疲勞損傷與斷裂
