用有限元法进行疲劳分析

用有限元法进行疲劳分析,其基本思路是:首先进行静或动强度分析,然后进入到后处理器取出相关的应力应变结果,在后处理器中再定义载荷事件,循环材料特性,接着根据所需要的疲劳准则对每一个载荷事件进行寿命计算,最后根据累计损伤理论判断是否开始破坏。由于结构受力状态往往是一复杂的应力状态,而在实验中测得的结构材料S-N曲线又常是在简单应力状态下获得的,因此常用最小能量屈服准则或其它等效准则,将所研究的疲劳点上的复杂应力用一个等效应力替代。对有限元法而言,这一过程很容易实现。等效替代以后,即可参照原始材料的S-N曲线进行疲劳寿命评估。上述方法称之为应力-寿命法或S-N法,该方法不严格区分裂纹产生和裂纹扩展,而是给出结构发生突然失效前的全寿命估计。当然,还可以采用更加现代化的局部应变法或初始裂纹法。因篇幅所限,下面结合Abaqus软件,仅讨论S-N法,且针对车辆结构疲劳分析。

由于车辆结构的零部件属于低应力、高循环疲劳,故常使用Stress life准则,并使用修正Goodman图,此时,S-N曲线的经验公式修正为:

计算中需要的材料参数包括:弹性模量、疲劳强度系数、疲劳强度指数、强度极限。

其具体的分析过程是:

对于疲劳分析来说,物理模型即包含结点、单元、物理特性和材料特性的有限元模型。

图1-1 定义时间流程图

数学模型也就是使用物理模型计算应力或应变。可通过 Abaqus求解器或其它求解器来建立。求解后,可从后处理器中获取相关的应力或应变。

对于静态疲劳分析来说,可以用建立载荷函数的方式施加载荷。

在进行疲劳评估之前,必须先定义事件。它由物理模型、数学模型、载荷工况组成,如图1-1所示。

一般来说,我们可进行下列估算:

• 事件损伤(Event Damage)

• 事件损伤方向(Event Damage Direction)

• 损伤累积(Accumulated Damage)

• 事件寿命估算(Event Life Estimate)

疲劳分析的后处理与静力学的后处理完全一致,此处不再重复。