金屬疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：XuYiming_nuaa 創(chuàng)建時(shí)間：2016-07-20
金屬疲勞的視頻教程
精講如何利用abaqus進(jìn)行金屬（鋁合金）的三維疲勞裂紋擴(kuò)展分析
1 金屬的疲勞與失效 2 裂紋擴(kuò)展的檢測(cè)及標(biāo)準(zhǔn) 3 有限元建模及基本關(guān)鍵字參數(shù)詳解 4 結(jié)果分析與討論
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疲勞耐久性分析及壽命評(píng)估方法（5.12已更新）
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金屬疲勞的實(shí)例教程
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橡膠和金屬的力學(xué)行為有非常大的差異，我們首先可以從平均應(yīng)變或應(yīng)力對(duì)材料疲勞性能影響的角度來分析這種差異。
圖1顯示了幾個(gè)典型的等幅應(yīng)變循環(huán)，每個(gè)循環(huán)都處于不同的平均應(yīng)變水平。在循環(huán)疲勞試驗(yàn)中，如果施加的應(yīng)力幅度等于平均應(yīng)力，我們把這種情況稱為脈沖載荷循環(huán)或全松弛載荷循環(huán)。如果平均應(yīng)力為零，我們把這種情況稱為完全反轉(zhuǎn)的拉伸/壓縮加載循環(huán)。如果最小應(yīng)力總是正的，則稱為非全松弛載荷循環(huán)（即試樣總是處于加載狀態(tài)）。非全松弛載荷循環(huán)在應(yīng)用中很常見，例如：在安裝過程中對(duì)產(chǎn)品施加了預(yù)載荷；襯套在模壓過程中產(chǎn)生的壓縮預(yù)應(yīng)力、過盈配合、由于熱膨脹/收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；以及在輪胎中，簾線的形狀記憶效應(yīng)。
圖1. 在三種不同的平均應(yīng)變下的恒定振幅加載循環(huán)
在金屬疲勞分析方法中，通常以應(yīng)力幅度σa和平均應(yīng)力σm相對(duì)于屈服應(yīng)力σy和極限應(yīng)力σu的大小來定義應(yīng)力均值效應(yīng)對(duì)金屬材料疲勞行為的影響。如圖2所示。當(dāng)加載應(yīng)力處于疲勞閾值應(yīng)力σ0以下時(shí)，材料具有無限壽命。Haigh圖（或Goodman圖）（圖2左）將疲勞壽命繪制為這些變量的函數(shù)[1]。Wohler曲線（圖2右）提供了類似的信息。對(duì)于金屬材料，有一個(gè)普遍適用的簡(jiǎn)單規(guī)則：增加平均應(yīng)變將降低疲勞壽命。通常還假設(shè)金屬的潛在疲勞開裂面垂直于最大主應(yīng)力方向。
圖2. 顯示平均應(yīng)變對(duì)金屬疲勞壽命影響的Haigh圖（左）和Wohler曲線（右）
橡膠材料與金屬材料有許多不同之處
1.在原子尺度上
At the atomic scale
橡膠由長(zhǎng)鏈分子組成，這些分子經(jīng)歷恒定的熱運(yùn)動(dòng)，同時(shí)以永久的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互連接。這種結(jié)構(gòu)允許發(fā)生大的彈性/可逆應(yīng)變。而金屬則完全不同，它們以單個(gè)原子的形式存在于有序的晶體中，偶爾會(huì)出現(xiàn)位錯(cuò)或晶格空位。
展開 且沿一定的結(jié)晶學(xué)面生長(zhǎng)，形成疲勞裂紋的核心-疲勞源。然后，裂紋立即沿滑移帶與應(yīng)力成45°角向金屬內(nèi)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(kuò)展區(qū)
這一區(qū)域的形成是由疲勞源開始的。在疲勞源區(qū)，裂紋伸展到一定長(zhǎng)度后，逐漸改變方向，最后與拉應(yīng)力成垂直。按非結(jié)晶學(xué)方式擴(kuò)展，即進(jìn)入裂紋擴(kuò)展的第二個(gè)階段。這一階段裂紋擴(kuò)展既有微觀擴(kuò)展階段，也有宏觀擴(kuò)展階段，它們的擴(kuò)展性質(zhì)一致，只存在著量的差別。
在裂紋的第二個(gè)階段擴(kuò)展中，又分為裂紋被包圍的彈性區(qū)內(nèi)擴(kuò)展和裂紋在塑性區(qū)內(nèi)擴(kuò)展。當(dāng)裂紋長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裂紋頂端塑性尺寸時(shí)。對(duì)于承受低循環(huán)、高載荷、高裂紋擴(kuò)展速度的零構(gòu)件，屬于在塑性區(qū)內(nèi)的擴(kuò)展。裂紋在第二個(gè)階段的擴(kuò)展過程，是裂紋頂端附近金屬在剪應(yīng)力作用下，發(fā)生反復(fù)塑性變形過程。
(三)瞬時(shí)斷裂區(qū)
隨著疲勞裂紋的不斷擴(kuò)展，使零構(gòu)件承受應(yīng)力的有效面積越來越小。當(dāng)其一應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的最大應(yīng)力大于材料的疲勞極限時(shí)。便產(chǎn)生瞬間斷裂，形成了疲勞斷裂區(qū)。對(duì)于塑性材料，其斷口呈纖維狀，暗灰色；對(duì)于脆性材料，其斷口呈結(jié)晶狀。
金屬疲勞斷裂的特點(diǎn).pdf
展開 擴(kuò)展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應(yīng)力模擬金屬疲勞問題
參考文獻(xiàn)：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動(dòng)方程，加入背應(yīng)力項(xiàng)，引入運(yùn)動(dòng)硬化項(xiàng)，從而可以描述多晶金屬循環(huán)加載中的包辛格效應(yīng)
背應(yīng)力的演化遵循AF模型
并使用原始的PAN模型描述滑移系統(tǒng)的硬化行為
為了表征多晶的疲勞壽命，引入兩類疲勞指示因子分別為
一：累計(jì)塑性滑移
二：累計(jì)能量耗散
展開 金屬疲勞應(yīng)為事故誘因
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月22日，美國國家運(yùn)輸安全委員會(huì)主席羅伯特·薩姆沃特表示，2月20日美聯(lián)航1架航班發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片脫落，導(dǎo)致全球大范圍波音777飛機(jī)停飛。初步檢查顯示，造成這一事故的原因是金屬疲勞。調(diào)查人員已經(jīng)對(duì)脫落的PW4000發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片進(jìn)行了初步檢查，調(diào)查結(jié)果顯示，一條隨著時(shí)間的推移逐漸擴(kuò)大的裂縫，最終導(dǎo)致了故障。
薩姆沃特說，美國國家運(yùn)輸安全委員會(huì)的調(diào)查人員已經(jīng)開始審查維修記錄，與機(jī)組人員進(jìn)行面談，并審查與其他故障可能存在的相似性。
這已經(jīng)不是波音777-200型客機(jī)第一次發(fā)生引擎事故。去年12月，日本航空公司一架波音777-200型客機(jī)在空中發(fā)生“引擎破損”。
據(jù)日本媒體當(dāng)時(shí)公布的乘客拍攝畫面顯示，飛機(jī)左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的外罩相當(dāng)大一部分已經(jīng)脫落，露出一個(gè)大洞，里面的管線清晰可見。當(dāng)時(shí)機(jī)上載有178名乘客和11名機(jī)組人員。爬升期間，飛行員報(bào)告飛機(jī)出現(xiàn)故障。約30分鐘后，客機(jī)返航并緊急降落，所幸沒有造成人員傷亡。
兩個(gè)多月時(shí)間，型號(hào)相同的兩架波音777-200客機(jī)接連發(fā)生引擎事故，兩起事故是否有什么相似之處？中國航空學(xué)會(huì)《航空知識(shí)》主編王亞男認(rèn)為兩次同型號(hào)飛機(jī)發(fā)生事故模式非常相似。
△央視財(cái)經(jīng)《天下財(cái)經(jīng)》欄目視頻
金屬疲勞——指材料、零構(gòu)件在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。
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橡膠疲勞仿真中的三大挑戰(zhàn)與解決思路1個(gè)月前
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橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：線性疊加-上
橡膠疲勞 ≠ 金屬疲勞：線性疊加-下
挑戰(zhàn)三
熱效應(yīng)的綜合考量
03
PART
橡膠的粘滯效應(yīng)以及較低的熱導(dǎo)率使其在循環(huán)載荷下容易產(chǎn)生顯著的自生熱和溫度累積。局部溫升不僅會(huì)影響材料的力學(xué)性能，還可能引發(fā)熱失控現(xiàn)象。
新型高壓比例閥技術(shù)有哪些最新進(jìn)展？2個(gè)月前
新材料的應(yīng)用突破了高壓極限，隨著系統(tǒng)工作壓力不斷攀升至700bar甚至更高，傳統(tǒng)金屬材料的疲勞極限面臨難題，最新進(jìn)展中，特種陶瓷涂層與高強(qiáng)度復(fù)合合金被廣泛應(yīng)用于閥芯與閥座，這些材料不僅具有卓越的耐磨損和耐腐蝕性能，還能在極端溫度變化下保持微小的熱膨脹系數(shù)，確保在超高壓環(huán)境下密封的零泄漏，諾冠憑借在材料科學(xué)上的深厚積累，成功開發(fā)出能在液氫、超臨界二氧化碳等苛刻介質(zhì)中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的比例閥，為新能源行業(yè)提供了關(guān)鍵支撐
工程化的復(fù)合材料疲勞仿真方法6個(gè)月前
金屬的疲勞壽命研究已經(jīng)較為成熟了，有大量的數(shù)據(jù)庫和工程預(yù)測(cè)手段。并且很多的工藝和檢測(cè)手段可以有效對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞進(jìn)行管控，并誕生了“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)”這樣一個(gè)方向。像體檢那樣，通過CT、超聲波等技術(shù)，定期對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂紋進(jìn)行排查。
一代材料，一代裝備，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了復(fù)合材料的時(shí)代。復(fù)合材料層合板是一層一層貼在一起的，并且樹脂和纖維之間不可避免的存在孔隙，這簡(jiǎn)直是裂紋產(chǎn)生的溫床。
然而，這條生命線每天都要承受數(shù)十次車門開合帶來的機(jī)械應(yīng)力，長(zhǎng)期以往，極易導(dǎo)致導(dǎo)線金屬疲勞、絕緣層磨損甚至斷裂，引發(fā)功能失效。如何在其裝車之前，就精準(zhǔn)預(yù)知其整個(gè)生命周期的耐久性？答案就在于彎折試驗(yàn)機(jī)這一關(guān)鍵的可靠性驗(yàn)證設(shè)備。
復(fù)合材料常用的力學(xué)性能指標(biāo)有哪些？8個(gè)月前
復(fù)合材料通常具有比金屬更好的疲勞性能。
斷裂韌性（Fracture Toughness）：
層間斷裂韌性（GIC, GIIC）： 分別衡量材料抵抗I型（張開型）和II型（滑開型）層間裂紋擴(kuò)展的能力。
在三種不同的平均應(yīng)變下的恒定振幅加載循環(huán)
在金屬疲勞分析方法中，通常以應(yīng)力幅度σa和平均應(yīng)力σm相對(duì)于屈服應(yīng)力σy和極限應(yīng)力σu的大小來定義應(yīng)力均值效應(yīng)對(duì)金屬材料疲勞行為的影響。如圖2所示。當(dāng)加載應(yīng)力處于疲勞閾值應(yīng)力σ0以下時(shí)，材料具有無限壽命。Haigh圖（或Goodman圖）（圖2左）將疲勞壽命繪制為這些變量的函數(shù)[1]。Wohler曲線（圖2右）提供了類似的信息。
30歲的你正值壯年，但同齡的飛機(jī)已垂垂老矣9個(gè)月前
果然，壽命最短的區(qū)域位于開孔處，應(yīng)力集中加速了金屬疲勞。
應(yīng)力集中和金屬疲勞這對(duì)臥龍鳳雛的結(jié)合有多可怕，英國人曾經(jīng)見識(shí)過：《彗星客機(jī)的恐怖三連摔》
希望這篇文章能讓你不走彗星客機(jī)的老路，無論是設(shè)計(jì)還是買飛機(jī)，都不會(huì)掉進(jìn)金屬疲勞的坑。
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如何給汽車零部件進(jìn)行疲勞耐久測(cè)試？11個(gè)月前
四、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范參考
國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO 12107（金屬材料疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法）、ASTM E606（應(yīng)變控制疲勞測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)）。
汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：SAE J1455（汽車零部件疲勞測(cè)試推薦實(shí)踐）、VDA 233-102（德國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)疲勞測(cè)試規(guī)范）。
圖5-3展示了金屬材料疲勞極限與其抗拉極限強(qiáng)度之間的經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系，可用于近似評(píng)判材料的疲勞能力。材料疲勞特性的基礎(chǔ)曲線，通常需通過對(duì)稱循環(huán)載荷條件下開展的疲勞試驗(yàn)加以確定，亦可借助技術(shù)手冊(cè)中已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行推導(dǎo)。在工程實(shí)踐中，若暫缺相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，可依據(jù)材料的靜態(tài)力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)，對(duì)其疲勞壽命進(jìn)行初步推斷，以輔助早期設(shè)計(jì)分析[85]。
通過建立VUMAT對(duì)金屬材料進(jìn)行疲勞損傷累積時(shí)，設(shè)置單元?jiǎng)h除的損傷閾值，發(fā)現(xiàn)改動(dòng)這個(gè)閾值，程序會(huì)在單元達(dá)到這個(gè)閾值后的出現(xiàn)單元扭曲錯(cuò)誤，不知道為什么？
