金屬疲勞斷裂的案例
書籍－－金屬疲勞斷裂理論
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金屬疲勞斷裂的特點
且沿一定的結晶學面生長，形成疲勞裂紋的核心-疲勞源。然后，裂紋立即沿滑移帶與應力成45°角向金屬內部伸展。從金屬表面材料滑移到裂紋成核，稱為疲勞過程的第一階段。
(二)疲勞擴展區
這一區域的形成是由疲勞源開始的。在疲勞源區，裂紋伸展到一定長度后，逐漸改變方向，最后與拉應力成垂直。按非結晶學方式擴展，即進入裂紋擴展的第二個階段。這一階段裂紋擴展既有微觀擴展階段，也有宏觀擴展階段，它們的擴展性質一致，只存在著量的差別。
在裂紋的第二個階段擴展中，又分為裂紋被包圍的彈性區內擴展和裂紋在塑性區內擴展。當裂紋長度遠遠大于裂紋頂端塑性尺寸時。對于承受低循環、高載荷、高裂紋擴展速度的零構件，屬于在塑性區內的擴展。裂紋在第二個階段的擴展過程，是裂紋頂端附近金屬在剪應力作用下，發生反復塑性變形過程。
(三)瞬時斷裂區
隨著疲勞裂紋的不斷擴展，使零構件承受應力的有效面積越來越小。當其一應力循環次數的最大應力大于材料的疲勞極限時。便產生瞬間斷裂，形成了疲勞斷裂區。對于塑性材料，其斷口呈纖維狀，暗灰色；對于脆性材料，其斷口呈結晶狀。
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展開 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計
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焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計。
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疲勞分析基本概念原理篇01
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疲勞分析的數值計算方法及實例.rar
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疲勞斷裂分析 附疲勞與斷裂華中科技大學下載
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疲勞與斷裂的概念
1、疲勞：金屬材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化稱為疲勞；
2、疲勞斷裂：材料承受交變循環應力或應變時，引起的局部結構變化和內部缺陷的不斷地發展，使材料的力學性能下降，最終導致產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。引起疲勞斷裂的應力一般很低，疲勞斷裂的發生，往往具有突發性、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件的應力水平較低，破壞的循環次數高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。
例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構件的應力水平較高，破壞的循環次數較低，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、應力和應變來分析
應變疲勞——高應力，循環次數較低，稱為低周疲勞；
應力疲勞——低應力，循環次數較高，稱為高周疲勞。
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No.1 疲勞與斷裂的概念
1.疲勞：金屬材料在應力或應變的反復作用下發生的性能變化稱為疲勞。
2.疲勞斷裂：材料承受交變循環應力或應變時，引起的局部結構變化和內部缺陷的不斷地發展，使材料的力學性能下降，最終導致產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。
引起疲勞斷裂的應力一般很低，疲勞斷裂的發生，往往具有突發性、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件的應力水平較低，破壞的循環次數高于10萬次的疲勞，稱為高周疲勞。例如彈簧、傳動軸、緊固件等類產品一般以高周疲勞見多。
作用在零件構件的應力水平較高，破壞的循環次數較低，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.應力和應變分析
應變疲勞——高應力，循環次數較低，稱為低周疲勞；
應力疲勞——低應力，循環次數較高，稱為高周疲勞。
復合疲勞，但在實際中，往往很難區分應力與應變類型，一般情況下二種類型兼而有之，這樣稱為復合疲勞。
3.按照載荷類型分類
彎曲疲勞、扭轉疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞、振動疲勞、微動疲勞。
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1)該模型模擬了材料在旋轉切割下的損傷斷裂全過程，模型考慮了材料的彈性變形，塑性應變，損傷破壞的標準，損傷演化及斷裂的全過程，并考慮了溫度的影響；
2)模型可用于模擬沙柳切割過程，金屬切割過程及材料的損傷斷裂過程。
橡膠疲勞≠金屬疲勞 第1部分：平均應變效應
而金屬的介觀尺度通常用晶粒邊界和夾雜物或空隙來描述。橡膠表現出許多在金屬中看不到的“特殊效應”，例如：速率和溫度依賴性、老化特性、循環軟化特性。基于這些因素，橡膠的分析方法與金屬的分析方法有很大不同，這并不奇怪。
橡膠的疲勞性能與平均應變的關系更為復雜。對于無定形（即非結晶）橡膠，與金屬材料一樣，增加平均應變會降低疲勞壽命。但是，對于表現出應變誘導結晶的橡膠，平均應變的存在可能會大大增加疲勞壽命，如圖3所示。因此，橡膠的疲勞仿真必須考慮材料的應變結晶效應。
圖3. 在恒定振幅下進行的簡單拉伸疲勞試驗表明，增加載荷均值后，有應變結晶的天然橡膠（NR）的壽命顯著增加，而無定形的丁苯橡膠（SBR）的壽命減少[2]。
在Endurica疲勞仿真分析軟件中，基于橡膠材料的斷裂力學行為，通過定義等效全松弛撕裂能Teq來描述材料的平均應變效應。當全松弛載荷對應的撕裂能產生與非松弛條件下撕裂能相同的裂紋擴展速率時，則稱此時的全松弛撕裂能為等效撕裂能。
對于無定形橡膠，等效的全松弛撕裂能Teq等于撕裂能幅值ΔT，ΔT=Tmax-Tmin，也可以用R=Tmin/Tmax來描述平均應變效應。將該規則代入到冪律裂紋擴展速率函數中，即可得到眾所周知的Paris模型，由該模型可以預測出，當平均應變增加時，材料的裂紋擴展速率會加快。
對于應變結晶橡膠，可以使用Mars-Fatemi模型來定義等效全松弛撕裂能。在這種情況下，等效全松弛撕裂能取決于函數F(R)，該函數通過定義裂紋擴展速率模型的冪律斜率，來描述應變結晶效應對材料疲勞的影響。無定形橡膠和結晶橡膠的關系總結在表1中[3，4]。
表1.
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由于課程內容包含斷裂力學的基礎，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%">疲勞是機械結構失效的最常見原因。為了調查這種現象，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。解決方案在于開發和驗證精確的數值模型。這是我們課程背后的主要驅動力，因為它能夠準確可靠地預測裂紋的生長。本課程深入探討了使用擴展有限元法 （XFEM） 結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。該課程強調直接循環疲勞和低周疲勞方法，為分析材料在循環載荷下的劣化提供了一個全面的框架。</div><div contenteditable="false" width="100%">您將學習：1.斷裂力學基礎和疲勞裂紋擴展：</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用于裂紋擴展模擬。&nbsp;– XFEM 的覆蓋范圍，包括富集函數，以及&nbsp;級別設置方法。&nbsp;&nbsp;– 如何在傳播過程中不重新劃分網格的情況下對裂縫進行建模，以及 XFEM 如何處理不連續性.</div><div contenteditable="false" width="100%">3.疲勞裂紋擴展狀態：&nbsp;&nbsp;– 了解裂紋尺寸和周期之間的關系，包括應力比效應等因素。
展開 《Nature》金屬所：金屬疲勞領域取得突破性進展！
疲勞通常指反復施加循環載荷(遠小于材料的屈服應力極限)而引起的一種材料弱化過程。實際服役過程中約90%金屬構件的失效均由疲勞斷裂引起，其原因是材料在循環加載過程中微觀結構不斷變化、遭受嚴重且不可逆轉的累積損傷，從而導致材料循環硬化或軟化直至最終失效。金屬材料的非穩定循環響應及疲勞壽命強烈依賴于其疲勞歷史，實際復雜循環載荷服役條件下金屬構件的疲勞失效和壽命預測更加困難。因此，抗疲勞損傷材料發展的重大瓶頸問題就是如何減小或抑制循環變形過程中微觀結構局域化和不可逆損傷。
最近，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室盧磊研究員研究組和美國布朗大學高華健教授研究組合作在這一領域取得了突破性進展。他們發現具有晶體學對稱結構的納米孿晶金屬不但具有循環穩定響應而且疲勞累計損傷非常有限。這種具有獨特的穩定循環響應特征和有限累計損傷的納米結構為發展抗疲勞損傷的高性能工程金屬材料提供了新思路。該成果發表在《Nature》（2017年10月30日在線）。
論文鏈接：
https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature24266.pdf
研究人員利用直流電解沉積技術成功制備了塊體擇優取向納米孿晶純銅樣品。通過傳統拉-壓變幅應變控制疲勞實驗研究了該樣品的相關循環應力響應, 發現在恒定應變幅下，其應力響應迅速穩定（既不硬化也不軟化）；尤為重要的是，當應變幅階梯式遞進增加以及隨后階梯式遞進減小時，該樣品的應力-應變響應完全可逆，即當應變幅恒定時，應力和應變具有一一對應關系，且循環滯后環完全重合（圖1）。
圖1. 納米孿晶Cu與歷史無關的穩定循環響應行為。
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金屬材料疲勞強度的8大主要影響因素 附疲勞強度徐灝下載
在彎曲和扭轉條件下，應力的分布集中于表層，表面處理形成的殘余應力和這種外加應力疊加，使表面實際承受的應力降低，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、鍍層在基體金屬中引起的殘余拉應力以及電鍍過程中氫氣的浸入導到氫脆等原因，使疲勞強度降低。
采用感應淬火、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，同時使表面產生殘余壓應力，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
展開 斷裂與疲勞
疲勞(Fatigue)與斷裂(Fracture)是引起工程結構和構件失效的最主要的原因。在面向21世紀的今天，人們對傳統強度(靜載荷作用、無缺陷材料的強度)的認識已相當深刻，工程中強度設計的實踐經驗和積累也十分豐富，對于傳統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。
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MARC模擬金屬材料的斷裂破壞
我最近在用MARC模擬金屬材料在楔橫軋過程中的軋制過程的斷裂和破壞，做了一個簡單的二維的模擬，我把文件傳到附件中，有興趣的哥們可以下著看看，有MARC的高手希望能指導一下，我現在只是在初級階段，我的目的是研究三維的模擬。
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曲軸的疲勞斷裂分析
系統闡述利用有限元法對機械結構零部件進行疲勞斷裂分析的相關理論和方法。在此基礎上對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,確定裂紋易產生的危險截面,求解危險截面處不同深度和形態的表面橢圓裂紋的應力強度因子,并擬合關于橢圓裂紋特征參數及總體坐標下的等效應力強度因子的近似表達式。為預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的疲勞斷裂參數。
曲軸的疲勞斷裂分析.pdf
