Class15 车辆结构有限元疲劳分析幻灯片.ppt

二、应力疲劳分析 9.载荷谱 在上述力的作用下。轮轴的关键部位的最大应力幅值应力比确定如下：设计寿命50万km，每1km轮轴转动300次，故总循环次数为500000×300=1.5×108。 直线行驶：96%×1.5×108=1.44×108 转弯行驶： 2%×1.5×108=3×106 制动：1.5×108-1.44×108-3×106=3×106 实际工况比需要根据行驶路况具体定，70%:20%:10%。 二、应力疲劳分析 9.载荷谱 通过有限元静态分析计算，得到车辆在三种工况下的应力与循环次数的分布如下表： 应力幅值 /MPa 循环次数 n 直线行驶 260 1.44×108 转弯行驶 420 3×106 制动工况 180 3×106 二、应力疲劳分析 10.Miner线性累积损伤理论 对载荷谱（载荷时间历程）计数，得到载荷（S）——循环次数（n）图： 应力幅值 /MPa 循环次数 n 直线行驶 260 1.44×108 转弯行驶 420 3×106 制动工况 180 3×106 构件在应力水平Si作用下，经受ni次循环损伤为Di=ni/Ni。若在k个应力水平Si作用下，则其总损伤为： D= 三、典型材料试件应力疲劳分析 实例1：Q235钢材断裂强度为439MPa，S-N曲线的数据表达式为lgNp=ap+bplgS，99.9%概率下的ap=19.8662，bp=-6.2982。交变载荷F=94200N，求该件的疲劳寿命。 三、典型材料试件应力疲劳分析 三、典型材料试件应力疲劳分析 划分网格 机械工程学院——胡顺安 机械工程学院——胡顺安 fatigue tool 只是nCODE 一个很简单的功能，可以说是简化版，建议还是学nCode或者FE-safe 材质原因：泰坦尼克号：目前主流的分析为铆钉或钢板为其沉船的主要原因，当然导火索是冰山（季风和洋流使冰山从漂流到大西洋） S-N疲劳曲线，定义应力疲劳特性；E-N疲劳曲线，定义应变疲劳特性。 汽车有限元基础 常熟理工学院（东南校区） 汽车工程学院——胡顺安 第九章 车辆结构有限元疲劳分析 结构疲劳分析基础 应力疲劳分析 发动机连杆的应力疲劳分析 疲劳软件介绍 这些软件分别由不同的公司推出，其中FE-Fatigue和Nsoft软件是由英国的nCode公司推出的；MSC-Fatigue软件是由nCode和MSC公司合作开发的疲劳分析软件；FE-safe软件是由英国的Safe Technology公司开发的；WinLIFE软件是由德国的Steinbeis TZ交通中心开发的。 一、结构疲劳分析基础 车辆是运动并承载的机械，其结构承受的载荷大部分都是交变载荷。零部件失效中，由疲劳裂纹引起的结构失效断裂事故占总断裂事故的70％--80％以上，约有50％--90％的机械结构的破坏属于疲劳破坏。 一、结构疲劳分析基础 疲劳失效的原因有哪些呢？ 1）设计原因 2）材质原因 3）制造(工艺)原因 4）其他原因（安装调试、维修运转等） 一、结构疲劳分析基础 1.疲劳分类 疲劳通常分为两类：第一种是高周疲劳，即：在载荷的循环次数（104~109）高的情况下产生的，应力通常比材料的极限强度低，一般采用应力疲劳分析法；第二种是低周疲劳，在循环次数相对较低时发生，一般采用应变疲劳分析法。塑性变形常常伴随低周疲劳。 对于车辆结构的疲劳分析：传动系统的零部件一般采用应力疲劳分析，承载系统的结构一般采用应变疲劳分析。 一、结构疲劳分析基础 2.疲劳破坏的特点 1）疲劳发生的外部原因是扰动应力； 2）疲劳破坏产生于局部； 3）疲劳是一个发展的过程。 从疲劳裂纹的形成到裂纹扩展，以致最后断裂，是疲劳损伤逐渐累积的过程。 一般分为三个阶段：裂纹萌生、裂纹扩展和最后失稳扩展断裂。 一、结构疲劳分析基础 3.疲劳分析的基本流程 材料的疲劳特性S-N曲线 E-N曲线 有限元静力学分析结果 载荷谱 疲劳分析方法 疲劳寿命 二、应力疲劳分析 1.S-N曲线 在ANSYS WB中S-N曲线可以通过点定义的。 二、应力疲劳分析 1.S-N曲线 S-N曲线又被称为材料的疲劳性能，用于描述应力S和破坏时的寿命N之间的关系。描述循环应力需要两个量： 应力比 R=Smin/Smax 应力幅 Sa=（Smax-Smin）/2 二、应力疲劳分析 1.S-N曲线 当Smax=-Smin时，R=-1，是对称循环； 当Smax=Smin时，R=1，S=0，是静载荷； 当Smin=0，而Smax≠0时，R=0 应力比 R=Smi