焊接模擬及疲勞強度設計的案例
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展開 基于SiPESC平臺焊接結構疲勞強度分析——應力篇
疲勞分析背景
機械構件的連接多采用焊接結構，在實際工作中構件承受復雜的交變載荷，容易發生疲勞破壞。構件的焊接接頭由于存在焊接缺陷、應力集中和殘余拉伸應力等，在承受交變載荷時的疲勞強度一般都低于母材的疲勞強度，疲勞破壞總是集中在焊縫區域，因此，焊縫處是工程設計人員在進行疲勞評估時的重點分析部位。在評估過程時應力選擇和SN曲線（應力壽命曲線）選擇極為重要。
焊接接頭的疲勞破壞模式有兩種，一種發生在焊根B處一種發生在焊趾A處。
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本文拿疲勞作例。對于那些要馬上使用疲勞知識解決問題的朋友來說，這屬于迫切知識，需要掌握什么就必須掌握什么，沒有商量余地。但對于其他結構分析人員，他們需要分析結構的力學性能，又不需要考察結構的疲勞性能，可是他們對疲勞充滿著好奇，并且以后可能需要使用這方面知識，這就屬于非迫切以后可能需要的知識，此時應該這樣學習疲勞！！！
高強度螺栓疲勞壽命分析與設計改進
螺栓疲勞 S-N 曲線與疲勞壽命計算
計算結果表明, 該風扇座環連接螺栓的疲勞可定性為低周疲勞。
目前, 在進行零部件低周疲勞分析時, 常用的是基于應變的疲勞分析方法。同時, 螺栓為高預緊力的受力狀態, 在采用應變方法進行計算分析時, 需計入平均應力修正的影響。
3.1 螺栓疲勞 S-N 曲線
3.1.1 ASME 標準螺栓疲勞 S-N 曲線.
針對高強度螺栓的疲勞分析, ASME 規范中規定了相關的 S-N 參數。
在 ASME標準中, 基于光軸試件的疲勞曲線設計是基于多項式函數的方式給定, 涉及低合金碳素鋼、鎳鉻合金鋼、銅鎳合金、鎳鉻鉬合金鋼以及高強度螺栓等材料, 其計算公式為,
式中, Sa 指應力幅值, N 為設計的循環次數。式中 Ci 數值均可從標準中查得。
3.1.2 基于應變疲勞的S-N曲線.
基于應變疲勞的 S-N曲線計算公式為,
式中, Δε/2=εu為全應變幅值, Δεe/2=Δσ/2E=σa/E為彈性應變幅值, Δεp/2=Δε/2-Δεe/2為彈性應變幅值, ε'f為疲勞持久系數, c為疲勞持久指數, σ'f為疲勞強度系數, b為疲勞強度因子, E為彈性模量, Δσ/2=σa為應力幅值。
文獻對于上述公式給出了近似的方法,
式中, Δε/2=εu全應變幅值, εf=ln (A0/Af) =ln[100/ (100-%RA) ], 真實的斷裂應變或延展性, %RA=100 (A0/Af) /A0) , 斷面收縮率百分比, Su=Pmax/A0極限拉伸強度。應變疲勞中的平均應力修正為,
3.1.3 兩種方法的疲勞 S-N 曲線對比.
展開 焊接結構抗疲勞設計過程中的認識誤區
在使用名義應力法時，該標準寫明要以材料的S-N曲線為基礎，然而焊接結構的疲勞試驗數據已經表明：焊接接頭母材的S-N曲線數據不能代替焊接接頭的S-N曲線數據，其原因也是它們具有不同的力學破壞機理。
在評估疲勞壽命時，該標準使用的是考慮應力比R的“修正Goodman圖”，即認為疲勞強度隨不同的R值變化。后來鐵道部又頒布《200km/h及以上速度級鐵道車輛強度設計及試驗鑒定暫行規定》，然而在這個新的規定中依然將用于金屬材料疲勞的理論與方法用于焊接結構。事實上，英國焊接研究所的疲勞試驗數據早已證明，修正的Goodman圖用來處理焊接結構的疲勞問題是不恰當的，理由是由于焊接殘余應力的存在，平均應力對焊接接頭壽命的影響基本看不到，而金屬材料的疲勞則不是這樣。
正是由于理論認識上的誤導，國內軌道車輛制造工廠的有些設計人員或者決策部門在力圖提高焊接結構的抗疲勞能力時，常傾向于選用屈服強度高的母材，他們誤認為提高屈服強度母材的焊接接頭的抗疲勞能力也必然高。對于金屬疲勞問題，這個觀點是成立的，例如文獻《抗疲勞設計——方法與數據》中曾用試驗數據證明了“材料的疲勞強度與材料的抗拉強度之間有著較好的相關性”，甚至給出了一個近似估算公式。然而對于焊接結構來說，該觀點是不成立的。英國標準BS76081993《鋼結構疲勞設計與評估實用標注》已經用數據明確證明，標準中所提供的S-N曲線數據對屈服強度低于700MPa,例如屈服強度為345MPa的Q345鋼與屈服強度為435MPa的Q435鋼，它們的S-N曲線數據是沒有區別的。關于這一點，國際焊接學會在2008年的標準中，甚至將這個屈服強度范圍提高到960MPa。
展開 6110 曲軸殘余應力數值模擬及疲勞強度分析
6110 曲軸殘余應力數值模擬及疲勞強度分析------- 吉大碩士論文
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干貨 | 飛機結構疲勞強度的影響因素及改進（附設計手冊下載）
打止裂孔
當構件上已出現疲勞裂紋之后，為了減緩裂紋尖端的局部應力，較有效的辦法是打止裂孔。由疲勞破壞的特征可知，疲勞破壞有一個過程，也就是說，在達到破壞之前，裂紋是緩慢擴展的。打止裂孔的目的就是制止裂紋緩慢擴展。
打止裂孔之所以能減緩裂紋尖端的局部應力制止裂紋緩慢擴展，主要是因為孔增大了裂紋尖端的曲率半徑，降低了應力集中程度。
(二)、提高表面質量
由于表面粗糙是引起應力集中的因素，因此提高構件表面光潔度，也是提高構件疲勞強度的重要措施。
1. 消除構件上由于加工而殘留的刀痕
削除的方法是：用銼刀、砂布進行打磨，但嚴禁用砂輪打磨，并注意打磨方向，防止造成新的周向刀痕。打磨處的光潔度不應低于▽6，并應均勻光滑過渡。
證明，這個措施對于預防承力構件裂紋有明顯作用。
2. 在使用中，應盡力防止構件表面人為地造成傷痕
過去有不少人認為，碰傷、劃傷一點，只能觸及飛機結構的一點毛皮，不會影響飛機壽命。這種認識是片面的。
3. 提高表面材料強度，能使抗疲勞能力增加
常用的方法是滲碳、滲氮、氰化、高頻電表面淬火、滾壓、噴丸和擠壓強化等。這些方法使材料表面組織變化，強度增加，因而疲勞強度增加。
4. 對承受交變載荷的連接件，在裝配時施加短梁的預應力，也可以提高連接件的疲勞強度。
六、《下一代飛機設計》手冊
受到二氧化碳減排需求的推動，電氣化已經成為飛機制造行業的主要發展趨勢。未來飛機設計（例如電力推進型飛機和氫動力飛機）需要創新型技術和流程。
展開 【3月6-9日 長沙】結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬
一、課程背景：
本課程基于ANSYS APDL和ANSYS Workbench平臺，針對各類結構的振動、沖擊、碰撞強度問題、動力優化問題、振動疲勞問題和振動臺試驗模擬問題，給出有效的數值計算方案，并對多點激勵問題、大質量法數值模擬技術等相關高級計算技術進行探討。課程全面系統的講解各類動力學問題的計算原理、Workbench不同動力分析模塊的計算原理，設置方法和常見問題的處理措施。通過原理解析、大量實例操作強化軟件應用，幫助設計人員提高解決實際工程問題的能力。特舉辦“ANSYS Workbench+APDL結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬”專題培訓。 詳情請參見第四部分“內容大綱”。
二、增值服務：
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名享受9折優惠；同一單位3人以上（含）報名享受8.5折優惠；
課程結束后可領取該課程課件、配套CAE模型及10套相關學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
三、授課專家：
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
展開 
【7月18-21日 北京】結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬
一、背景
本課程基于Ansys經典和Workbench平臺，針對各類結構的振動、沖擊、碰撞強度問題、動力優化問題、振動疲勞問題和振動臺試驗模擬問題，給出有效的數值計算方案，并對多點激勵問題、大質量法數值模擬技術等相關高級計算技術進行探討。課程全面系統的講解各類動力學問題的計算原理、Workbench不同動力分析模塊的計算原理，設置方法和常見問題的處理措施。
為幫助廣大設計人員提高解決實際工程問題的能力，特舉辦“結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬”專題培訓。本次培訓通過老師講解+理論解析+實際操作，詳情請參見“內容大綱”。
二、時間地點
時間：2019年7月18日-7月21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，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，Ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
四、內容大綱
五、報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
六、增值服務
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名9折優惠；同一單位3人以上（含）報名8. 5折優惠；
課程結束后可領取該課程課件、配套CAE模型及相關學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
展開 【12月7-10日 北京】結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬
結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬
一、課程背景：
本課程基于ANSYS經典和Workbench平臺，針對各類結構的振動、沖擊、碰撞強度問題、動力優化問題、振動疲勞問題和振動臺試驗模擬問題，給出有效的數值計算方案，并對多點激勵問題、大質量法數值模擬技術等相關高級計算技術進行探討。課程全面系統的講解各類動力學問題的計算原理、Workbench不同動力分析模塊的計算原理，設置方法和常見問題的處理措施。通過原理解析、大量實例操作強化軟件應用，幫助設計人員提高解決實際工程問題的能力。特舉辦“結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬”專題培訓。
二、增值服務：
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名享受9折優惠；同一單位3人以上（含）報名享受8.5折優惠；
課程結束后贈送10套學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
三、授課專家：
該課程講師，9年仿真分析工作經驗、副教授，碩士期間主修工程力學，擅長工程結構數值分析、流場流動模擬、流固耦合及多物理場耦合數值模擬，擁有豐富的大型工程結構數值分析、流體動力學模擬和多場耦合模擬經驗。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇。培訓60多場次，學員上千人。
四、時間地點：
2018年12月7日-12月10日 北京
(第一天報到，授課3天)
五、課程大綱：
六、培訓費用：
標準費用：3800元/人，食宿可統一安排，費用自理。
定制內訓：根據企業實際問題和產品模型，結合人員水平設計課程由專家上門授課。
展開 【4月11-14日 成都】結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬
背景
本課程基于ANSYS經典和Workbench平臺，針對各類結構的振動、沖擊、碰撞強度問題、動力優化問題、振動疲勞問題和振動臺試驗模擬問題，給出有效的數值計算方案，并對多點激勵問題、大質量法數值模擬技術等相關高級計算技術進行探討。課程全面系統的講解各類動力學問題的計算原理、Workbench不同動力分析模塊的計算原理，設置方法和常見問題的處理措施。
為幫助廣大設計人員提高解決實際工程問題的能力，特舉辦“結構振動、沖擊、碰撞強度、動力優化、振動疲勞計算與振動臺試驗模擬”專題培訓。本次培訓通過老師講解+理論解析+實際操作，詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：4月11日-4月14日（第一天報到，授課3天）
地點：四川*成都
主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
增值服務
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名9折優惠；同一單位3人以上（含）報名8. 5折優惠；
課程結束后可領取該課程課件、配套CAE模型及10套相關學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
展開 航空航天領域的飛行器氣動設計、結構強度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學 算法特點，及圖形工作站硬件配置推薦
飛行器氣動設計、結構強度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學直接觸及了航空航天領域仿真的技術核心。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，精準把握這些算法的計算特性，是為客戶提供最優硬件解決方案的關鍵。
我將為您逐一解析這五大航空航天仿真領域。
核心結論速覽表
仿真領域核心算法/方法計算特點主要計算平臺備注飛行器氣動設計
計算流體力學 (CFD)
求解大型稀疏矩陣、高內存帶寬、網格規模巨大
CPU多核 ≈ GPU
GPU加速已成主流，尤其在RANS和LES中。CPU用于復雜前處理。
結構強度與疲勞
隱式有限元法
求解大型線性方程組、對內存和CPU頻率敏感
CPU多核為主，CPU單核為輔
CPU是絕對主力，GPU加速正在興起，但成熟度不如CFD。
燃燒與傳熱
CFD + 化學反應動力學
計算密度極高、多物理場強耦合、極大規模
CPU多核集群 >> GPU
傳統上依賴CPU集群，GPU加速是前沿方向，潛力巨大。
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