疲勞分析流程簡述

2016-12-19 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1.試驗獲取應(yīng)變、應(yīng)力譜圖

通過試驗或模擬確定應(yīng)力集中區(qū)域,然后在在應(yīng)力集中區(qū)域布置三個應(yīng)變片。由于材料是各項同性,因此x、y方向不一定要是水平和豎直方向,但兩者一定要垂直,第三個應(yīng)變片一定要和前兩個成45°角。三個應(yīng)變片可分開,也可重疊在一起。

根據(jù)測量得到的三個應(yīng)變(εx, εy, εxy)和材料性能計算應(yīng)力,可得兩個主應(yīng)力(假設(shè)只有彈性變形):

其中,E為材料的楊氏模量,μ為泊松比。根據(jù)這兩個主應(yīng)力,可以計算出等效應(yīng)力,以方便應(yīng)用材料的疲勞數(shù)據(jù),如米塞斯等效應(yīng)力:

或最大剪應(yīng)力:

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實際測量的是應(yīng)變-時間譜圖,應(yīng)力-時間譜圖可由上述公式計算。

最后,對應(yīng)力(應(yīng)變)-時間譜圖進(jìn)行分解統(tǒng)計,計算出不同應(yīng)力循環(huán)下的次數(shù),以便計算累積的損傷。最常用的是雨流計數(shù)法(rainflow counting method)。

2.獲取材料數(shù)據(jù)

如果載荷頻率不高,可以根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)做一組簡單的疲勞測試,正弦應(yīng)力,拉壓或彎曲均可。得到一條應(yīng)力-壽命曲線,如果載荷頻率較高或溫度變化較大,還要測量不同平均應(yīng)力和不同溫度下的S-N載荷,以便進(jìn)行插值計算,因為此時平均應(yīng)力對壽命有影響。也可以根據(jù)不同的經(jīng)驗公式(如Goodman準(zhǔn)則,Gerber準(zhǔn)則等),以及其他材料性能(如拉伸強度,破壞強度等),由普通的S-N曲線(即平均應(yīng)力為0)來計算平均應(yīng)力不為零時對應(yīng)的疲勞壽命。

如果出現(xiàn)塑性應(yīng)變,累計損傷一般基于應(yīng)變-壽命曲線(即E-N曲線),所以需要施加應(yīng)變載荷。

3.損傷計算

到目前為止,疲勞分析基本上是基于經(jīng)驗公式,還沒有完全統(tǒng)一的理論。損傷累積的計算方法有很多種,最常用的是線性累計損傷(即Miner準(zhǔn)則),但其結(jié)果不保守,計算得到的壽命偏高。

準(zhǔn)確度比較高的累計準(zhǔn)則是雙線性準(zhǔn)則,并且計算比“破壞曲線法”要容易,所以,是一個很好的折衷選擇。

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