熱機械疲勞
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-29
熱機械疲勞的視頻教程
Fe- safe疲勞分析應用介紹
自 20 世紀 90 年代早期，fe-safe 便一直與工業合作開發，以確保它能始終設定疲勞分析軟件的基準。 2、fe-safe 曾是市面上的第一款疲勞分析軟件，著重于現代多軸應變式疲勞分析方法。fe-safe 提供的獨特功能適用于熱機械疲勞和蠕變疲勞、橡膠材料以及針對焊接接頭的 Verity 結構應變方法。 3、fe-safe 因其精確性、速度、全面功能和易用性而出名。
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NCODE軟件熱機疲勞及蠕變疲勞專題課程
本課程使用簡單的拉伸試件模型，對熱機疲勞和蠕變疲勞過程及計算注意事項進行了講解，使用簡單模型是為了簡單好理解，換成復雜模型流程都是一樣的，只是有限元計算部分設置復雜一些，疲勞軟件部分都是一樣的設置。最后幾個案例，是其他課程的熱機和蠕變部分的案例，相關知識點和前邊視頻有重復部分，視頻背景也有區別，放到這里，主要是為了補充一下熱機和蠕變疲勞的相關案例，請知悉并合理選擇課程。
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熱機械疲勞的實例教程
熱-機械疲勞分析模塊，Fe-safe/TMF?
1、概述
考慮浮動溫度和應力對結構的共同影響，提供快速精確的疲勞壽命分析。可以考慮應變率和瞬態溫度對循環應力-應變響應的影響，也可以考慮瞬態溫度對應變-壽命曲線的影響，以及考慮在每個循環中的應力和溫度的相位關系的影響，支持體積應力放寬，該模塊還可以計算應變老化對疲勞強度的影響。
對于組件同時遭受溫度和應力交變載荷作用的組件，fe-safe/TMF?是一個理想疲勞分析模塊，例如實現以下組件的熱-機械疲勞分析：
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活塞；
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排氣管；
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汽缸蓋；
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與蠕變疲勞交互作用不顯著的組件。
2、功能介紹
當存在應力和溫度波動時，產生熱-機械疲勞：
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包含時間相關的熱-結構疲勞效應（應變率、相位關系、浸濕以及應力松弛等）；
?
相比傳統方法可以得到更可靠和準確的疲勞結果；
?
支持主應變以及鑄鐵算法；
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允許高頻機械載荷循環疊加在熱載荷循環上。
3、案例分析
（1）活塞疲勞裂紋
其中，第一幅圖是活塞實際的裂紋破壞情況，詳細反映了疲勞裂紋的位置，初始裂紋位置等信息；第三幅圖是疲勞斷面的形狀；第二幅圖是用Fe-safe熱機械疲勞模塊進行疲勞分析后得到的壽命云紋圖，參照第一幅圖裂紋的位置和形狀，可以看出，通過Fe-safe熱-機械疲勞模塊對活塞進行疲勞分析，可以準確地得到初始裂紋的位置等信息，對產品的設計與優化起到非常大的指導作用。
展開 靜力破壞的抗力主要取決于材料本身；而疲勞破壞的抗力與材料的組成、構件的形狀或尺寸、表面狀況、使用條件以及外界環境都有關系。
二、疲勞分類：
1、機械疲勞：外加應力或應變波動造成的機械疲勞
2、蠕變疲勞：循環載荷同高溫聯合作用引起的
3、熱機械疲勞：循環受載部件的溫度也變動時引入的熱機械疲勞（即熱疲勞與機械疲勞的組合）
4、腐蝕疲勞：存在侵蝕性化學介質或致脆介質的環境中施加反復載荷時產生的
5、滾動接觸疲勞：載荷的反復作用與材料之間的滾動接觸相結合產生的
6、微動疲勞：脈動應力與表面間的來回相對運動和摩擦滑動共同作用產生的
三、疲勞壽命
1、許用應力
許用應力是機械設計中允許零件或構件承受的最大應力值，要判定零件或構件受載后的工作應力過高或過低，需要預先確定一個衡量的標準，這個標準就是許用應力。許用應力等于考慮各種影響因素后經適當修正的材料失效應力除以安全系數。靜強度設計中塑性材料以屈服極限作為失效應力，脆性材料以強度極限作為失效應力。
2、疲勞壽命
材料在疲勞破壞前所經歷的應力循環數稱為疲勞壽命。
常規疲勞強度計算是以名義應力為基礎的，可分為無限壽命計算和有限壽命計算。零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關，它們之間的關系可以用應力-壽命曲線（σ-N曲線）和應變-壽命曲線（δ-Ν曲線）表示。應力-壽命曲線和應變-壽命曲線，統稱為S-N曲線。
在疲勞試驗中，實際零件尺寸和表面狀態與試樣有差異，常存在由圓角、鍵槽等引起的應力集中，所以，在使用時必須引入應力集中系數K、尺寸系數ε和表面系數β。
3、循環應力的特性
循環應力的特性用最小應力σmin與最大應力σmax的比值r=σmin/σmax表示，r稱為循環特征。對應于不同循環特征，有不同的S-N曲線、疲勞極限和條件疲勞極限。
展開 SIMULIA Fe-safe在復雜環境下的疲勞仿真優勢——車輛機架疲勞壽命分析案例
達索Fe-safe是一款耐久性分析軟件，專門用于有限元模型的疲勞分析。它是由達索系統（Dassault Systèmes）提供的SIMULIA 3D軟件套件的一部分。Fe-safe能夠直接連接所有主要的FEA套件，如Abaqus、ANSYS、Nastran（MSC、NEi、NX）和Pro/Mechanica。它專注于基于現代多軸應力的疲勞方法，并且是市場上最專業的疲勞分析軟件之一。Fe-safe適用于熱機械疲勞和蠕變疲勞、橡膠材料以及針對焊接接頭的 Verity 結構應變方法。功能專為滿足要求最嚴苛的行業應用而開發，能夠提供準確、可靠的多軸疲勞分析，無論載荷和模型的復雜度如何。
下面是SIMULIA Fe-safe在對車輛機架及轉向節的過載疲勞分析案例
在機架模擬過程中，由于該機架為懸掛系統的一部分，上端連接于彈簧，路面行駛時下端受載。測試路面較復雜。
在經過加速的模擬實驗中，該機架在相當于行駛41000公里時出現明顯的裂紋。FE-SAFE的計算結果表明，結構在相當于行駛27000公里時出現初始裂紋。考慮疲勞軟件計算的裂紋起始，這一結果與實驗吻合得非常好。而且開裂位置與實驗結果完全一樣。
在轉向節的疲勞模擬中，考慮到在車輛行駛過程中，由于路面情況復雜，常常會遇到瞬時受載過大的情況。這些瞬時的大載荷會對零件的疲勞壽命產生比較大的影響。因為在大載荷下，零件極容易進入塑性工作。
由于Abaqus強大的非線性分析功能，以及FE-SAFE中可以采用諾伯法則(Neuber’s Rule)來考慮疲勞載荷譜上塑性效應的影響，故本分析采用Abaqus和FE-SAFE完成。
展開 為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。
另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。
熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。
熱處理的作用就是提高材料的機械性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和最終熱處理。
1.預備熱處理
預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。
（1）退火和正火
退火和正火用于經過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。
（2）時效處理
時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。
為避免過多運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。
展開 書名：機械疲勞與可靠性設計
書號：ISBN 7-03-017831-9
單位：科學出版社
作者：李舜酩編著
分類：工業技術
單價：22 元
出版日期：2006-08-01
目 錄
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序
前言
第1章緒論
第2章材料的疲勞強度
第3章影響機械零件疲勞強度的因素
第4章無限壽命設計法
第5章名義應力有限壽命設計法
第6章局部應力應變分析法
第7章損傷容限設計
第8章疲勞強度的可靠性設計
第9章特殊載荷與環境下的疲勞強度
參考文獻
附錄
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在產品研發與質量驗證領域，疲勞耐久測試是評估產品壽命、可靠性與安全性的關鍵環節。它通過模擬產品在實際使用中經歷的循環載荷、環境應力，來“預演”其生命周期內的老化與失效過程。然而，不同行業的產品，其使用場景、失效機理和性能要求天差地別，這意味著“一刀切”的測試方法遠不能滿足需求。
一、 核心差異：測試目標、載荷與環境大不同
1、機械行業：追求結構強度與服役壽命
測試焦點： 機械產品
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簡介
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熱 - 機械疲勞一體化：針對電驅動系統的功率器件（如 IGBT 模塊），開發高溫（150℃）+ 交變熱應力（開關頻率 10kHz）+ 振動的多場測試設備，評估焊料層的疲勞壽命。
4.測試自動化與智能監測
全自動化測試系統：集成機器人上下料、視覺檢測（如 AI 識別部件表面裂紋）、數據實時分析，實現 24 小時無人值守測試（如連接器插拔疲勞測試的自動化效率提升 80%）。
Fe-safe適用于熱機械疲勞和蠕變疲勞、橡膠材料以及針對焊接接頭的 Verity 結構應變方法。功能專為滿足要求最嚴苛的行業應用而開發，能夠提供準確、可靠的多軸疲勞分析，無論載荷和模型的復雜度如何。
氣缸活塞是許多機械設備，如內燃機、壓縮機等中的關鍵組成部分。它們長期受到機械載荷和熱載荷的周期性作用，特別是在高性能和高負載的應用中。由于溫度的大幅度波動和復雜的載荷條件，活塞結構可能會發生疲勞損傷，這稱為熱機疲勞。熱機疲勞是一種由于熱載荷和機械載荷共同作用導致的損傷機制。在活塞中，溫度可能會迅速改變，導致材料熱膨脹和收縮。與此同時，活塞還承受著來自氣缸內壓力的機械載荷。這種復合效應可能導致活塞材料的微觀裂紋產生和擴展
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名義應力法
名義應力法是以結構的名義應力為試驗和壽命估算的基礎，采用雨流法取出一個個相互獨立、互不相關的應力循環，結合材料的S -N曲線，按線性累積損傷理論估算結構疲勞壽命的一種方法。
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
