关于疲劳问题的有限元分析清单

• 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

1. 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；
   

   
   

2. 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。

   
   

3. 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。

   
   

4. 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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