疲劳分析计算的流程.pdf

疲劳分析，从零开始 1 测量应变、应力谱图 （1）衡量应力集中的区域，布置应变片 可以通过模拟（有限元）或试验（原型上涂上一层油漆，待油漆干后施加载 荷，油漆剥落的地方应力集中），确定应力集中的区域，然后按左下图在应力集中 区域布置三个应变片： 因为材料是各向同性，所以 x,y 方向并不一定是水平和竖直方向，但两者一定要垂 直，中间一个一定要和 x,y 方向成 45 °角。 （2）根据测的应变和材料性能，计算应力 测得的三个应变，分别记为 εx , εy , εxy 。两个主应力（假设只有弹性变 形）： 其中， E为材料的弹性模量， μ为泊松比。根据这两个主应力，可以计算出有些方 法可能需要的等效应力（主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值，以方便 应用材料的疲劳数据），如米塞斯等效应力： 1 2 2 2 m 1 2 1 2 2 或最大剪应力： 1 1 2 2 实际测量的是应变 - 时间谱图，应力（或等效应力） - 时间谱图可由上述公式计算。 （３）分解谱图 就是对上面测得的应力（应变）－时间谱图进行分解统计，计算出不同应力 （包括幅度和平均值）循环下的次数，以便计算累积的损伤。最常用的是雨流法 （rainflow counting method）。 2 获取材料数据 如果载荷频率不高，可以做一组简单的疲劳测试（正弦应力，拉压或弯曲均 可，有国家标准）： 得到一条应力 -寿命（即循环次数）曲线，即所谓的 S-N 曲线： 1：如果载荷频率较高或温度变化较大，还要测量不同平均应力和不同温度下 的 S-N 载荷，以便进行插值计算，因为此时平均应力对寿命有影响。也可以根据 不同的经验公式（如Ｇｏｏｄｍａｎ准则，Ｇｅｒｂｅｒ准则等），以及其他材料 性能（如拉伸强度，破坏强度等），由普通的Ｓ－Ｎ曲线（即平均应力为０）来计 算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。 2 ：如果材料数据极为有限，或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验，也可以由材 料的强度估算疲劳性能。 3：:如果出现塑性应变，累计损伤一般基于应变－寿命曲线（即Ｅ－Ｎ曲 线），所以需要施加应变载荷。 3 损伤计算 到目前为止，疲劳分析基本上是基于经验公式，还没有完全统一的理论。损伤 累积的计算方法有很多种，最常用的是线性累计损伤（即Ｍ iner 准则）， 但其结果不保守，计算得到的寿命偏高。 ni Di 1.0 N i , f 准确度比较高的累计准则是双线性准则，并且计算比“破坏曲线法”要容 易，所以，是一个很好的折衷选择。