高周疲勞分析的案例
3月23-26日 | 結構振動沖擊、疲勞分析工程應用專題
2.2瞬態分析基礎理論及仿真方法
案例5-考慮電磁偏心力轉子系統諧響應分析
案例6-PCB產品跌落過程動力學分析
譜分析及隨機振動分析
3.1載荷信號數據處理(FFT+PSD)
3.2譜分析基礎理論與典型工程應用
3.3隨機分析基礎理論與典型工程應用
案例7-車載儲油罐路面隨機載荷作用下關鍵部件譜分析強度校核
案例8-PCB產品典型PSD譜作用下的隨機分析
機構動力學分析
4.1多剛體動力學分析
4.2剛柔耦合動力學分析
案例9-擺錘下落過程系統多剛體動力學運動軌跡分析
案例10-多連桿活塞關鍵部件剛柔耦合應力評估
疲勞分析與壽命預測
1、掌握疲勞分析基本理論與分析流程；
2、掌握SN高周疲勞分析關鍵參數設置原理與仿真方法；
3、掌握EN彈塑性低周疲勞分析關鍵參數設置原理與仿真方法；
4、掌握隨機振動疲勞分析關鍵參數設置原理與仿真方法；
疲勞分析基本理論
1.1材料疲勞參數實驗方法簡介
1.2疲勞算法基本模型簡介
1.3雨流計數原理
1.4 Miner線性統計方法
1.5其它疲勞統計方法簡介
1.6疲勞分析基本流程
案例11-結構疲勞分析流程演示
nCode疲勞分析模塊概述
2.1疲勞分析5要素
2.2疲勞分析載荷映射
2.3疲勞分析材料映射
2.4常用疲勞分析模塊概述
2.5 nCode疲勞分析流程
SN高周疲勞分析
3.1 SN材料高周曲線實驗方法簡介
3.2 SN模塊關鍵參數模型物理意義
3.2.1 SN Method損傷算法
3.2.2 Combined
展開 線下/同步線上直播-結構振動沖擊、疲勞分析工程應用專題
SN高周疲勞分析
3.1 SN材料高周曲線實驗方法簡介
3.2 SN模塊關鍵參數模型物理意義
3.2.1 SN Method損傷算法
3.2.2 Combined Method應力/應變組合方法
3.2.3 Mean Stress Correction平均應力修正
3.2.4 Interpolation Limit內插算法
3.2.5 Multiaxial Assessment多軸評估
3.2.6 Certainty Survival存活率
3.2.7 Small Cycle Correction小循環修正
3.2.8 Event Processing事件獨立性處理
3.2.9 Stress Gradient Method應力梯度算法
3.3 SN高周分析模塊簡介
案例12-螺栓連接結構SN TimeSeries高周疲勞分析
案例13-回轉體周期載荷SN TimeStep高周疲勞分析
4. EN彈塑性低周疲勞分析
4.1 EN材料曲線實驗方法簡介
4.2 EN模塊關鍵參數模型物理意義
4.2.1 EN Method損傷算法
4.2.2 Elastic Plastic Correction彈塑性修正
4.2.3 Plastic Limit Load Correction塑性極限載荷修正
4.2.4 SWT Method Smith-Waston-Topper算法
4.3 EN低周疲勞分析模塊簡介
案例14-壓力容器EN塑性低周疲勞分析
5. SN Vibration振動疲勞分析
5.1模態疊加法諧響應分析
5.2 SN隨機振動疲勞分析基本操作流程
案例15-翼型結構風載隨機振動疲勞分析
1.
展開 關于疲勞問題的有限元分析清單
應變－壽命曲線（E－N曲線）
5、高周疲勞的分析方法
假設零件只發生彈性變形，所以零件的應力幅值不大。
高周疲勞可以使用S－N曲線，也可以使用E－N曲線。
可以考慮裂紋導致的疲勞，也可以不考慮。
作為較簡單的分析，發生高周疲勞的零件壽命一般很長或者有無限壽命，所以高周疲勞分析也稱為全壽命分析。
6、低周疲勞的分析方法
在循環次數較少(低周)的情況下如果會產生疲勞破壞，一般零件受到的應力較大。
低周疲勞使用E－N曲線，一般不使用S－N曲線，因為在低周疲勞時應力－應變不是線性的，即通過線性關系由應力推導出的應變是不準確的。
必須考慮裂紋對疲勞的影響，所以低周疲勞分析也稱為初始裂紋法(Crack Initiation )。
分析方法有：
S-W-T
Morrow
None
5.需要使用“塑性性能修正”(plasticitycorrection):
Neuber
Mertens-Dittman
Seeger-Beste
展開 高周疲勞與低周疲勞
低周和高周疲勞的區分
根據產生裂紋所需的載荷循環次數，人們習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~
10萬次循環作為區分的依據。
在高周疲勞情況下，應力足夠低，因此應力-應變關系可以被認為是
線
彈性的。
而低周疲勞則包含非線性行為，材料應力-應變關系呈現滯回特性。
在分析高周疲勞時，應力范圍通常用于描述
受力
狀態
，而
在分析低周疲勞時，
則會選擇
應變范圍或耗散能量。
3. 高周疲勞的數學模型
材料疲勞領域的研究最早開始于
19 世紀，這一領域的持續發展產生了許多疲勞預測方法。其中一個經典模型就是 S-N 曲線。這一曲線將材料失效前所經歷的循環次數（即壽命）N 與單軸加載的應力幅值關聯起來。
曲線在水平軸上代表失效循環數，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，載荷壽命關系將在很大的耐久性范圍內近似于一條直線。
總的趨勢是，降低應力幅值，可以獲得更長的材料使用壽命。通常這種相關性非常強，可以達到應力幅值降低10% 就能夠將使用壽命延長50% 。
圖3
載荷與失效循環數的關系
某些材料在疲勞試驗中表現出了應力閾值，稱為疲勞極限，當應力低于該閾值時，
將
不會出現疲勞損傷，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不會導致疲勞破壞，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
水平應力作用下，也會因疲勞而失效，比如鋁合金。
展開 
往復活塞式發動機的高周疲勞步奏
往復活塞式發動機的高周疲勞步奏
往復活塞式發動機的高周疲勞步奏.pdf
對稱循環荷載下的高周疲勞壽命預測
1 前言
由于客觀原因，會進行一段時間的疲勞分析學習，優化部分的內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，學習一點總結一點。強調一下，由于在疲勞方面學習的時間暫時不是太長，因此文章內容難免會有錯誤，希望大家指正，互相學習。
2 問題描述
圖 1 有限元模型
如圖所示是一個常規的靜力分析，約束以及載荷都標識在了圖中。然而不同的是，現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 使用材料力學方法計算得到工況下的名義應力
② 查詢相關手冊得到該模型在該工況下的理論應力集中系數
③ 綜合考慮名義應力，應力集中系數，載荷幅值以及其余影響因素得到用于校核疲勞壽命的應力幅值
④ 對應材料的S-N曲線（對于高周疲勞問題）得到結構在對應工況下的疲勞壽命
上述問題如果轉換成軟件來實現也是一樣，首先利用有限元軟件計算得到危險部位的應力值，然后結合相應的載荷輸入，材料S-N曲線輸入，通過相應的疲勞算法得到結構局部的損傷量，最后通過后處理得到疲勞壽命云圖，對應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 有限元結果獲取與導入
對照五步圖，我們首先獲取有限元分析結果，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 非對稱循環荷載下的高周疲勞壽命預測
1 提出疑問
現在將前文中-0.1~0.1的對稱循環荷載變成0~0.2的非對稱循環荷載，并且在做這個分析的時候，有個好人對你說：嘿，哥們兒，你需要開啟Goodman平均應力修正，否則會得到一個與實際偏差很大的結果。雖然還不知什么是平均應力修正，更不知道Goodman是啥，但是一定會做一件事兒：將一個模型在開啟它和不開啟它的結果進行對比。這就像在做有限元分析時，有人告訴你這個分析最好開啟大變形開關一樣，這對第一次接觸大變形這個概念的你來說是一個完全嶄新的概念，因此你一定會將它與你已經掌握的知識進行對比。比如下面這樣（本文材料與前文不一樣，因此結果不用進行對比）：
圖 1 一個簡單的實例對比
上圖是打開了Goodman應修復與未打開的結果，一個是34000次循環，一個是9690000次循環，差了200多倍。這個時候我們又會做一件事兒，趕緊把前文中對稱循環應力分析也打開Goodman，發現結果一致，然后我們就心安理得了?，F在，對于非對稱循環荷載下，我們不得不提出疑惑：按照原始的方法計算的結果為什么與打開平均應力修復后的結果差這么大？平均應力修復到底是什么？Goodman又是啥？它是不是必要的？
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）。
展開 S-N曲線修正系數
將以上數據總結如下表：
載荷類型
CL
備注
純軸向載荷
0.9
軸向載荷（附帶輕微彎曲）
0.7
彎曲載荷
1
扭轉載荷
0.58
基于鋼材試驗結果
扭轉載荷
0.8
基于鑄鐵試驗結果
2、 表面光潔度修正系數CS
由于裂紋總是發生在材料的自由表面，因此構件的表面狀況對于疲勞分析至關重要，Optistruct、nCode、Fe-Safe等疲勞分析軟件都有針對表面狀況的設置選項，如下圖所示為Optistruct疲勞分析中的表面光潔度修正系數和表面處理修正系數，CS對應的就是其中的Surface Finish。
有兩個條件可以用來表征構件的表面狀況：1、表面粗糙度；2、表面殘余應力。某些加工工藝，如鍛造和熱軋，會在構件表面產生拉伸殘余應力，這些拉伸殘余應力會導致疲勞極限降低。某些表面處理工藝，如氮化，會在構件表面產生殘余壓應力，增加材料的疲勞極限。
機械加工會產生拉伸殘余應力，通過噴丸和冷加工可以產生壓縮殘余應力。對于高周疲勞來說，表面粗糙度的影響大于表面殘余應力的影響，此時疲勞過程的絕大部分時間處于裂紋萌生狀態；對于低周疲勞，表面粗糙度的影響非常小，表面殘余應力的影響遠大于表面粗糙度。因此，對于高周疲勞，可以設置Surface treatment為1；對于低周疲勞，可以設置Surface Finish為1。
在高周疲勞分析時，主要考慮的是表面粗糙度的影響。CS具體的取值可以通過查表的方式得到，下圖給出了不同抗拉強度、不同表面粗糙度下的CS建議值，知道抗拉強度、表面粗糙度這兩個輸入參數后就可以讀取相應CS建議值。
展開 疲勞分析基礎知識資料--結構疲勞壽命分析
分享一個疲勞分析理論方面的資料，《結構疲勞壽命分析》，是軟件疲勞分析的基礎知識，相信對疲勞分析的兄弟會有所幫助。
結構疲勞壽命分析.part08.rar
結構疲勞壽命分析.part01.rar
結構疲勞壽命分析.part02.rar
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結構疲勞壽命分析.part04.rar
結構疲勞壽命分析.part05.rar
結構疲勞壽命分析.part06.rar
結構疲勞壽命分析.part07.rar
展開 WB13.0壓力容器疲勞分析報告（疲勞分析模塊的應用）
疲勞分析報告.doc
疲勞分析。對于簡單的疲勞分析，WB里面有疲勞分析模塊，已經滿足一般的疲勞分析需求。本分析項目，對一壓力容器在交變載荷下工作，對其整體進行疲勞分析。
特點：疲勞分析模塊的運用，模型和網格的精細化，六面體網格，合理的剖分，多體部件體的運用
本報告中刪去了與項目有關的數據，和企業名稱，由于單位的規定，所以刪去了一切與隱私有關的內容，希望大家理解和見諒。歡迎大家討論。
疲勞分析|Abaqus Goodman方法案例操作 附ABAQUS疲勞分析簡介下載
Abaqus/View結果讀取
讀取分析歷程中的最大交變應力和最小交變應力云圖
新建場變量：Alternating Stress和Mean Stress
根據公式：
在Abaqus后處理新建場變量
輸出場變量值到Excel
針對新建場，輸出單元積分點對應的交變應力和平均應力，并輸出到Excel，與Goodman圖一并繪制。
上圖，
仿真所得單元積分點落到
曲線的上方或下方，
處于上方為疲勞壽命沒達到
臨
界曲值
10
E5
次。
下載地址：ABAQUS疲勞分析簡介
WB13.0螺栓疲勞校核（接觸分析，螺栓預緊力，疲勞分析模）
高強螺栓結構應力與疲勞校核分析報告.zip
高強螺栓的疲勞分析校核。應用WB自帶的疲勞分析模塊，對螺栓進行應力分析和疲勞校核。
特點：疲勞分析模塊的應用；螺栓預緊力；對稱，多載荷步；接觸非線性。
由于涉及企業隱私，和單位法規的規定，隱去報告中含有隱私的 部分，望大家見諒和理解，歡迎大家討論，共同進步。
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。
展開 ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計
ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計算
1 概述
疲勞是指結構在低于靜態極限強度載荷的重復載荷作用下，出現斷裂破壞的現象。絕大多數的結構都存在疲勞的問題，比如一臺定時開啟運行的設備，比如橋梁，除了載荷導致的疲勞破壞，還有溫度或者其他場載荷都能導致疲勞的產生。關系到疲勞強度的主要因素使應力幅值、循環次數、平均應力等。
疲勞的危害是導致結構在未超過許用強度的狀態下發生破壞，例如一根能夠承受 300 KN 拉力作用的鋼桿，在 200 KN 循環載荷作用下，經歷 1,000,000 次循環后亦會破壞。
2 關鍵詞
事件：每種結構經歷的循環過程可能不一樣，甚至有的經歷多個事件，事件是指在特定的應力循環中不同時刻的一系列的應力狀態。這么說好像很難理解的樣子。
其實簡單點：舉個例子，一根梁，每隔半個小時施加一個彎矩，讓其彎曲，隔一個小時施加一個拉力，讓其受拉。很明顯這里有兩個循環事件，這兩個事件導致的循環過程不一樣。
載荷：載荷是時間的一部分，每一個事件是有很多個載荷來完成的。
應力幅：兩個載荷之間的應力狀態之差，如圖1，上下應力峰值之差即應力幅值。
圖1 應力循環
位置：即需要計算疲勞強度的結構位置。
3 建模求解
這部分內容根據結構實際狀態，建立模型，設定載荷步，加載計算。
本次還是以一個小例子，具體求解過程不再贅述。
展開 通用疲勞耐久性分析模塊fe-safe?對疲勞的幫助
通用疲勞耐久性分析模塊fe-safe?對疲勞的幫助
工業行業給制造商施加越來越大的壓力，要求其使用更少的材料，提供輕量級但更強勁的組件，降低維護成本和召回成本，用更少的時間。
許多公司使用先進的有限元分析計算設計壓力，但疲勞分析往往仍然通過電子表格分析方式，人工采集的應力。由于非常容易錯過失效位置，這種方式耗時和不可靠的。實驗室中針對原型機的結構組件疲勞測試亦非常的耗時。如果原型機過早失效，則一種昂貴的、設計-測試-再設計的開放式循環是必要的。項目時間節點和交付就會延遲。
采用fe-safe作為用戶設計過程的集成組件，可以使用戶具備：
●
優化設計，采用更少的材料；
●
減少產品召回和保修成本；
●
優化和驗證設計和測試項目；
●
在單一用戶界面，提高相關性測試和分析；
●
減少原型樣機測試時間；
●
縮短分析時間，從而減少人工時間；
●
增加用戶信心，用戶產品設計一次性通過測試時間表。
fe-safe 幫助用戶解決一下問題：
（1）結構組件的疲勞壽命；
（2）裂紋擴展與否；
（3）材料的優化，哪些材料可以保留，哪些額外的材料需要添加；
（4）設計的可靠性；
（5）哪些載荷引起疲勞損傷；
（6）導致疲勞裂紋的原因是什么？
fe-safe在交通工具、石油管道、車輛工程、能源、重型機械等各工業行業都有相關的應用，相關案例如：
1、某樣機后縱臂鏈接焊點的疲勞分析
2、管道架懸掛組件的疲勞分析
3、柴油機活塞的疲勞裂紋
4、某型增壓器扭轉隔離器彈簧的疲勞分析
展開 