用有限元法進(jìn)行疲勞分析

用有限元法進(jìn)行疲勞分析,其基本思路是:首先進(jìn)行靜或動(dòng)強(qiáng)度分析,然后進(jìn)入到后處理器取出相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果,在后處理器中再定義載荷事件,循環(huán)材料特性,接著根據(jù)所需要的疲勞準(zhǔn)則對(duì)每一個(gè)載荷事件進(jìn)行壽命計(jì)算,最后根據(jù)累計(jì)損傷理論判斷是否開(kāi)始破壞。由于結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)往往是一復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),而在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的結(jié)構(gòu)材料S-N曲線又常是在簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下獲得的,因此常用最小能量屈服準(zhǔn)則或其它等效準(zhǔn)則,將所研究的疲勞點(diǎn)上的復(fù)雜應(yīng)力用一個(gè)等效應(yīng)力替代。對(duì)有限元法而言,這一過(guò)程很容易實(shí)現(xiàn)。等效替代以后,即可參照原始材料的S-N曲線進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估。上述方法稱之為應(yīng)力-壽命法或S-N法,該方法不嚴(yán)格區(qū)分裂紋產(chǎn)生和裂紋擴(kuò)展,而是給出結(jié)構(gòu)發(fā)生突然失效前的全壽命估計(jì)。當(dāng)然,還可以采用更加現(xiàn)代化的局部應(yīng)變法或初始裂紋法。因篇幅所限,下面結(jié)合Abaqus軟件,僅討論S-N法,且針對(duì)車輛結(jié)構(gòu)疲勞分析。

由于車輛結(jié)構(gòu)的零部件屬于低應(yīng)力、高循環(huán)疲勞,故常使用Stress life準(zhǔn)則,并使用修正Goodman圖,此時(shí),S-N曲線的經(jīng)驗(yàn)公式修正為:

計(jì)算中需要的材料參數(shù)包括:彈性模量、疲勞強(qiáng)度系數(shù)、疲勞強(qiáng)度指數(shù)、強(qiáng)度極限。

其具體的分析過(guò)程是:

對(duì)于疲勞分析來(lái)說(shuō),物理模型即包含結(jié)點(diǎn)、單元、物理特性和材料特性的有限元模型。

圖1-1 定義時(shí)間流程圖

數(shù)學(xué)模型也就是使用物理模型計(jì)算應(yīng)力或應(yīng)變?？赏ㄟ^(guò) Abaqus求解器或其它求解器來(lái)建立。求解后,可從后處理器中獲取相關(guān)的應(yīng)力或應(yīng)變。

對(duì)于靜態(tài)疲勞分析來(lái)說(shuō),可以用建立載荷函數(shù)的方式施加載荷。

在進(jìn)行疲勞評(píng)估之前,必須先定義事件。它由物理模型、數(shù)學(xué)模型、載荷工況組成,如圖1-1所示。

一般來(lái)說(shuō),我們可進(jìn)行下列估算:

• 事件損傷(Event Damage)

• 事件損傷方向(Event Damage Direction)

• 損傷累積(Accumulated Damage)

• 事件壽命估算(Event Life Estimate)

疲勞分析的后處理與靜力學(xué)的后處理完全一致,此處不再重復(fù)。