低周疲勞
關(guān)注創(chuàng)建者：饕餮 創(chuàng)建時間：2018-09-20
低周疲勞的視頻教程
ABAQUS低周疲勞分析
低周疲勞分析采用直接循環(huán)法直接得到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定循環(huán)響應(yīng) ，直接循環(huán)法將傅立葉級數(shù)近似與非線性材料行為的時間積分相結(jié)合，利用修正牛頓法迭代求得穩(wěn)定的循環(huán)解 ，節(jié)省計算成本。可以通過控制傅里葉項的數(shù)量、迭代的數(shù)量和循環(huán)時間段內(nèi)的增量提高精度。案例基于VCCT方法和Paris準(zhǔn)則模擬了層壓復(fù)合材料界面上的漸進(jìn)分層生長，適用于復(fù)合材料分層擴(kuò)展模擬及求解彈塑性結(jié)構(gòu)的塑性安定狀態(tài)。
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ABAQUS帶初始裂紋的節(jié)點低周疲勞裂紋擴(kuò)展
若有討論，請私信；若有錯誤，請指教，并見諒，謝謝； 主要講解了ABAQUS中xfem帶預(yù)制裂紋的梁柱節(jié)點在低周（1000次）往復(fù)位移（1mm）載荷下產(chǎn)生的疲勞裂紋擴(kuò)展； 講解了部分參數(shù)意義以及paris理論在abaqus中部分參數(shù)的獲取（c3,c4）的兩種計算方法 講解了部分參數(shù)的意義及影響 本視頻主要講解建模及模型調(diào)試建議，若有錯誤，請大家多多指教，謝謝
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Hypermesh+Optistruct中級教程——疲勞分析
本系列以O(shè)ptistruct疲勞分析為主題，計劃分為單軸-高周疲勞、多軸-高周疲勞、單軸-低周疲勞、多軸-低周疲勞、瞬態(tài)響應(yīng)疲勞、定頻振動疲勞、正弦掃頻振動疲勞、隨機(jī)振動疲勞、焊點疲勞、焊縫疲勞10種疲勞分析類型共12節(jié)課。基本涵蓋了絕大多數(shù)疲勞分析的類型。 第一講：單軸-高周疲勞分析，介紹了不同工況、不同材料的應(yīng)力組合及平均應(yīng)力修正方法。
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低周疲勞的實例教程
低周和高周疲勞的區(qū)分
根據(jù)產(chǎn)生裂紋所需的載荷循環(huán)次數(shù)，人們習(xí)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(huán)作為區(qū)分的依據(jù)。
在高周疲勞情況下，應(yīng)力足夠低，因此應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可以被認(rèn)為是
線
彈性的。
而低周疲勞則包含非線性行為，材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)滯回特性。
在分析高周疲勞時，應(yīng)力范圍通常用于描述
受力
狀態(tài)
，而
在分析低周疲勞時，
則會選擇
應(yīng)變范圍或耗散能量。
3. 高周疲勞的數(shù)學(xué)模型
材料疲勞領(lǐng)域的研究最早開始于
19 世紀(jì)，這一領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了許多疲勞預(yù)測方法。其中一個經(jīng)典模型就是 S-N 曲線。這一曲線將材料失效前所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)（即壽命）N 與單軸加載的應(yīng)力幅值關(guān)聯(lián)起來。
曲線在水平軸上代表失效循環(huán)數(shù)，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(guān)系將在很大的耐久性范圍內(nèi)近似于一條直線。
總的趨勢是，降低應(yīng)力幅值，可以獲得更長的材料使用壽命。通常這種相關(guān)性非常強(qiáng)，可以達(dá)到應(yīng)力幅值降低10% 就能夠?qū)⑹褂脡勖娱L50% 。
圖3
載荷與失效循環(huán)數(shù)的關(guān)系
某些材料在疲勞試驗中表現(xiàn)出了應(yīng)力閾值，稱為疲勞極限，當(dāng)應(yīng)力低于該閾值時，
將
不會出現(xiàn)疲勞損傷，組件的運(yùn)行壽命可以無限長。
對于鋼，在大約10
7
次循環(huán)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(huán)不會導(dǎo)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(yīng)力作用下，也會因疲勞而失效，比如鋁合金。
展開 1、綜述
機(jī)器、車輛和結(jié)構(gòu)的零部件經(jīng)常會承受重復(fù)載荷的作用，由此產(chǎn)生的循環(huán)應(yīng)力可導(dǎo)致相關(guān)材料發(fā)生微觀物理損傷，微觀損傷在連續(xù)的循環(huán)載荷作用下累積，直至發(fā)展成裂紋或其他宏觀損傷，這個過程稱為疲勞。疲勞分為高周疲勞和低周疲勞，一般將失效循環(huán)數(shù)小于次循環(huán)的疲勞稱為低周疲勞，將失效循環(huán)數(shù)大于此次數(shù)的疲勞稱為高州疲勞。低周疲勞一般采用基于應(yīng)變的疲勞算法。
2、基于應(yīng)變疲勞分析算法
穩(wěn)定循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變遲滯曲線如下圖，一般用Ramberg-Osgood方程表示，
（1）
其中，為彈性模量，為循環(huán)硬化系數(shù)，為循環(huán)應(yīng)變硬化指數(shù)
圖1 穩(wěn)定的應(yīng)力-應(yīng)遲滯回曲線
應(yīng)變-壽命曲線是在介于兩個極限應(yīng)變之間的完全反向（R=-1）循環(huán)載荷條件下的疲勞試驗得到的，同時還需進(jìn)行應(yīng)力測量，試驗設(shè)備如圖2。彈性應(yīng)變、塑性應(yīng)變和總應(yīng)變與疲勞壽命的關(guān)系如圖3，數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（2），
（2）
其中為疲勞強(qiáng)度系數(shù)，為疲勞強(qiáng)度指數(shù)，為疲勞延展性系數(shù)，為疲勞延展指數(shù)
圖2 疲勞測試設(shè)備
圖3 彈性應(yīng)變、塑性應(yīng)變和總應(yīng)變與壽命的關(guān)系曲線
Brown-Miller 方程廣泛運(yùn)用于延展性金屬多軸疲勞計算中，損傷最大位置發(fā)生在最大剪應(yīng)力所在的平面，同時能考慮剪應(yīng)力和正應(yīng)力的影響，如圖4所示。
（3）
其中，為最大剪應(yīng)變，為正應(yīng)力，為平均應(yīng)力
圖4 Brown-Miller 算法示意
3 、有限元仿真
3.1 材料模型
硬化模型對疲勞仿真精度至關(guān)重要。
展開 在低周疲勞加載下，等原子面心立方 (FCC) CoCrFeMnNi 高熵合金的塑性變形由位錯結(jié)構(gòu)（如位錯墻，位錯胞）的形成而累積，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋萌生。雖然已有文章報道過這些位錯結(jié)構(gòu)，但關(guān)于它們的形成機(jī)制還存在爭議。此外，應(yīng)變幅度、循環(huán)加載次數(shù)和晶粒取向?qū)ξ诲e結(jié)構(gòu)的影響還未見報道。
德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的研究人員通過開展室溫下低周疲勞試驗，結(jié)合透射電鏡顯微結(jié)構(gòu)研究，闡述了兩種不同晶粒尺寸的CoCrFeMnNi合金的循環(huán)變形行為和相應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)變化，并系統(tǒng)探討了不同位錯結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。相關(guān)論文以題為 ‘Deformation mechanisms of CoCrFeMnNi high-entropy alloy under low-cycle-fatigue loading’ 發(fā)表在《Acta Materialia》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117089
本文通過透射電鏡研究表明，在低應(yīng)變幅（0.3%）下，位錯結(jié)構(gòu)主要由平面滑移帶（planar slip bands）組成，而在較高應(yīng)變幅（0.5%和0.7%）下，位錯主要形成墻、迷宮和胞結(jié)構(gòu)（wall， labyrinth and cell）等。這一結(jié)果也揭示了位錯的運(yùn)動由低應(yīng)變幅下的平面滑移向高應(yīng)變幅下的交滑移的轉(zhuǎn)變。
展開 對于航空發(fā)動機(jī)高溫部件渦輪盤來說，蠕變失效和疲勞失效是其兩種主要的失效模式：在循環(huán)工作條件下，蠕變損傷和疲勞損傷不斷累積，并且蠕變損傷和疲勞損傷存在交互作用。因此，蠕變一疲勞損傷分析就成為渦輪盤壽命預(yù)測的重要組成部分。此外，由于金屬材料在高溫和高應(yīng)力下存在明顯的蠕變變形，從而造成渦輪盤存在應(yīng)力松弛現(xiàn)象，是否考慮應(yīng)力松弛效應(yīng)的壽命預(yù)測可能導(dǎo)致相差幾倍甚至上百倍的差別
基于ansys渦輪盤蠕變及低周疲勞壽命可靠性分析方法.pdf
ABAQUS中的LCF(LOW CYCLE FATIGUE功能結(jié)合XFEM和PARIS法則可以模擬裂紋的疲勞擴(kuò)展，計算裂紋每前進(jìn)一步所需要的循環(huán)次數(shù)。下面給出了具體的C3、C4與Paris參數(shù)的計算過程，和自己看論文等的一些總結(jié)與經(jīng)驗，關(guān)于step的一些調(diào)整等，后面做了一個三維平板的案列，案例參考文獻(xiàn)中的參數(shù)，結(jié)果與文獻(xiàn)中較為符合，參考文獻(xiàn)和CAE也給出。
低周疲勞的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
低周疲勞的最新內(nèi)容
前兩種方法適用于高周疲勞和低周疲勞的應(yīng)變壽命分析。nCode EN Constant使用結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的開始和結(jié)束時刻比例系數(shù)乘以結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析結(jié)果生成應(yīng)變載荷循環(huán)。nCode EN TimeSeries使用結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果以及時間歷程載荷，通過線性疊加創(chuàng)建應(yīng)變歷程。
若以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為依據(jù)，機(jī)械疲勞可細(xì)分為高周疲勞與低周疲勞[73]。高周疲勞與低周疲勞的劃分通常依據(jù)材料所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)來確定[74]。當(dāng)循環(huán)次數(shù)少于10?次時，被定義為低周疲勞；相反，若循環(huán)次數(shù)超過10?次，則歸類為高周疲勞。高周疲勞通常發(fā)生在應(yīng)力幅值較小的條件下，其疲勞行為多通過
曲線來表征材料的性能特征[75]。
該課程強(qiáng)調(diào)直接循環(huán)疲勞和低周疲勞方法，為分析材料在循環(huán)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(xué)習(xí)：1.斷裂力學(xué)基礎(chǔ)和疲勞裂紋擴(kuò)展：</div><div contenteditable="false" width="100%">2。
具體測試項目包括：S-N曲線、低周疲勞(LCF)強(qiáng)度、有限壽命疲勞強(qiáng)度、高周疲勞(HCF)強(qiáng)度和疲勞壽命預(yù)測等。通過精確測量與數(shù)據(jù)分析，我們?yōu)槟峁┰敿?xì)的檢測報告與改善建議，確保您的復(fù)合材料在各種應(yīng)用環(huán)境下均表現(xiàn)出色。
此外疲勞壽命不僅與循環(huán)載荷幅值和材料物理、化學(xué)特性有關(guān)，還與載荷的變化頻率有關(guān)，故疲勞壽命有高周疲勞與低周疲勞之分。
前述名義應(yīng)力法、局部應(yīng)力一應(yīng)變法等均是研究始裂壽命。而剩余壽命的研究，則較復(fù)雜。目前是一個熱點問題，工程界尚未提出普遍接受的評估手段。
如圖7(e）所示，高溫?zé)岣g后低周疲勞載荷會引起合金表面保護(hù)性氧化層的破壞，促使再結(jié)晶發(fā)生，形成許多小晶粒。在低周疲勞載荷作用下，裂紋往往在這些再結(jié)晶晶界處萌生。綜上所述，熱腐蝕后渦輪葉片高溫合金的低周疲勞壽命下降與腐蝕坑、缺陷、氧化/硫化物的形成以及熱腐蝕侵蝕引起的再結(jié)晶等因素密切相關(guān)。
（見采用直接循環(huán)法進(jìn)行的低周疲勞分析）、地應(yīng)力場程序（見地應(yīng)力狀態(tài)）或耦合孔隙流體擴(kuò)散/應(yīng)力分析（見耦合孔隙流體擴(kuò)散和應(yīng)力分析）；
?也可用于對任意靜止表面裂紋進(jìn)行輪廓積分評估，而無需定義裂紋尖端周圍的一致網(wǎng)格；
?允許基于小滑動公式或一般接觸框架內(nèi)有限滑動公式的開裂元件表面的接觸交互作用；
?允許對開裂構(gòu)件表面施加分布壓力荷載
FGH4103 和FGH4104 合金的持久強(qiáng)度(復(fù)合試樣，缺口半徑r=0.15 mm)以及低周疲勞性能見表4。由表4可見，在650 ℃下，F(xiàn)GH4103和FGH4104合金的持久強(qiáng)度和低周疲勞強(qiáng)度相當(dāng)，明顯高于FGH4097 合金；在750 ℃下，F(xiàn)GH4103 合金的持久強(qiáng)度明顯高于FGH4104和FGH4097合金。
可見，國外航空發(fā)動機(jī)規(guī)范中主要通過轉(zhuǎn)子完整性(rotor integrity)和低周疲勞等的規(guī)定和試驗要求來避免輪盤破裂引起的非包容事故的發(fā)生。包容主要是指葉片斷裂(blade out)后的包容要求，特別是對大尺寸和大質(zhì)量風(fēng)扇葉片的包容要求。
Abaqus低周疲勞損傷演化
對于復(fù)合材料的低周疲勞分層擴(kuò)展行為，Abaqus采用Paris準(zhǔn)則結(jié)合虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）來分析。其基本思想為裂紋張開一定位移所耗散的能量等于閉合該裂紋所需要消耗的的能量，以線彈性斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，通過判斷裂紋前沿的能量釋放率是否達(dá)到臨界值來確定裂紋是否發(fā)生擴(kuò)展。
Paris準(zhǔn)則是最常用的疲勞分層擴(kuò)展準(zhǔn)則，包括裂紋的萌生準(zhǔn)則以及裂紋的擴(kuò)展速率準(zhǔn)則。
