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关于疲劳问题的有限元分析清单
2018-10-09 21:52:43· 来源：CAE技术联盟公众号（ID：caejslm）
疲劳破坏的原因及分类原因：应力波动引起的机械疲劳；循环载荷同高温联合作用引起的蠕变疲劳；循环受载部件的温度变动引起的热机械疲劳；零件之间的滑动和滚动接
疲劳破坏的原因及分类
原因：
- 应力波动引起的机械疲劳；
- 循环载荷同高温联合作用引起的蠕变疲劳；
- 循环受载部件的温度变动引起的热机械疲劳；
- 零件之间的滑动和滚动接触相结合产生的接触疲劳。
分类：
- 高周疲劳 (high circle fatigue)：循环次数≥104周次
- 低周疲劳 (low circle fatigue) ：循环次数≤104周次
疲劳有限元分析步骤
- 通过静力学方法分析对象的应力分布；将计算的结果导入到fatigue分析模块；
- 定义疲劳分析的应力/应变的类型（一般选择Max. Abs. Principal，即主应力/应变绝对值的最大值），对应了S－N曲线中的应力S或者E－N曲线中的应变。
- 输入载荷信息，即将第1步的计算结果导入，定义一个周期时间内的动载荷。
- 输入材料的S－N或者E－N曲线。
5. 定义被分析对象表面粗糙度 (surface finish)
- No finish 不处理（即不考虑表面粗糙度对裂纹扩展的影响）
- Polished 抛光
- Ground 磨削
- Good machined 好的切削表面
- Ave machined 一般的切削表面
- Poor machined 差的切削表面
- Hot rolled 热轧表面
- Forged 锻造表面
- Cast 铸造表面
- water corroded 水腐蚀表面
- seawater corroded 海水腐蚀表面
6. 定义被分析对象表面处理方法(surfacetreatment)：
- No treatment 没有表面处理（即不考虑表面处理方式对裂纹扩展的影响）
- Nitride 渗氮处理
- Cold rolled 冷轧处理
- Shot peened 喷丸处理
7. Fatigue分析，通过应力计算出循环次数，即寿命。
8. 结果输出
疲劳有限元分析步骤
应力－寿命曲线 (S－N曲线)
S－N曲线的横坐标为循环次数N (number)，纵坐标为单轴应力S(stress)，所以S－N曲线称为应力－寿命曲线。
试验方法为：
- 给试件施加单向载荷，使试件内部产生有规律的循环载荷（如正弦）；
- 当试件失效时，记录载荷的循环次数N；
- 从大到小改变S值，得到不同的N值，对数据进行概率统计分析后即可建立S－N曲线。
应力－寿命曲线（S－N曲线）
应变－寿命曲线（E－N曲线）
E－N曲线的横坐标为循环次数N (number)，纵坐标为应变E (strain)。所以E－N曲线也称为应变－寿命曲线。
E－N曲线的纵坐标也可以是“剩余强度”，所谓剩余强度 (residual strength) 指含裂纹材料的静承载能力。
试验方法为：与S－N曲线相比，E－N曲线试验时测量的是应变或剩余强度。
应变－寿命曲线（E－N曲线）
高周疲劳的分析方法
假设零件只发生弹性变形，所以零件的应力幅值不大。高周疲劳可以使用S－N曲线，也可以使用E－N曲线。可以考虑裂纹导致的疲劳，也可以不考虑。
作为较简单的分析，发生高周疲劳的零件寿命一般很长或者有无限寿命，所以高周疲劳分析也称为全寿命分析。
低周疲劳的分析方法
在循环次数较少（低周）的情况下如果会产生疲劳破坏，一般零件受到的应力较大。低周疲劳使用E－N曲线，一般不使用S－N曲线，因为在低周疲劳时应力－应变不是线性的，即通过线性关系由应力推导出的应变是不准确的。
必须考虑裂纹对疲劳的影响，所以低周疲劳分析也称为初始裂纹法 (Crack Initiation )。
分析方法有：
- S-W-T
- Morrow
- None
需要使用“塑性性能修正”(plasticitycorrection)：
- Neuber
- Mertens-Dittman
- Seeger-Beste
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