用有限元法進行疲勞分析

用有限元法進行疲勞分析,其基本思路是:首先進行靜或動強度分析,然后進入到后處理器取出相關的應力應變結果,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)所需要的疲勞準則對每一個載荷事件進行壽命計算,最后根據(jù)累計損傷理論判斷是否開始破壞。由于結構受力狀態(tài)往往是一復雜的應力狀態(tài),而在實驗中測得的結構材料S-N曲線又常是在簡單應力狀態(tài)下獲得的,因此常用最小能量屈服準則或其它等效準則,將所研究的疲勞點上的復雜應力用一個等效應力替代。對有限元法而言,這一過程很容易實現(xiàn)。等效替代以后,即可參照原始材料的S-N曲線進行疲勞壽命評估。上述方法稱之為應力-壽命法或S-N法,該方法不嚴格區(qū)分裂紋產(chǎn)生和裂紋擴展,而是給出結構發(fā)生突然失效前的全壽命估計。當然,還可以采用更加現(xiàn)代化的局部應變法或初始裂紋法。因篇幅所限,下面結合Abaqus軟件,僅討論S-N法,且針對車輛結構疲勞分析。

由于車輛結構的零部件屬于低應力、高循環(huán)疲勞,故常使用Stress life準則,并使用修正Goodman圖,此時,S-N曲線的經(jīng)驗公式修正為:

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

其具體的分析過程是:

對于疲勞分析來說,物理模型即包含結點、單元、物理特性和材料特性的有限元模型。

圖1-1 定義時間流程圖

數(shù)學模型也就是使用物理模型計算應力或應變。可通過 Abaqus求解器或其它求解器來建立。求解后,可從后處理器中獲取相關的應力或應變。

對于靜態(tài)疲勞分析來說,可以用建立載荷函數(shù)的方式施加載荷。

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

一般來說,我們可進行下列估算:

• 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的后處理完全一致,此處不再重復。