疲劳分析实例

疲劳 作业 A12 February 2, 2004 Inventory #002010 8-2 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder 作业 A12 –目标 • 目标: – 目标在于完成一个连杆模型的疲劳分析(ConRod.x_t). 具体地,我们将分析两个 载荷环境(environments): 1) 4500 N的恒定振幅载荷 Fully Reversed ;2) 4500N的任意载荷. February 2, 2004 Inventory #002010 8-3 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder . . . 作业A12 –起始页 • 从发射台进入DS. • 选择 “Geometry > From File . . . “打开文 件“ConRod.x_t”. • 当 DS 启动后, 点击右上角 ‘X’关闭向导菜 单. February 2, 2004 Inventory #002010 8-4 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder 作业A12 –过程 • 改变单位为公制metric (m, kg, Pa …). 1. “Units > Metric (m, kg, Pa, C, s)” • 确认设置为结构钢 “Structural Steel”. 2. 在geometry栏点击“Part 1”. 3. 如果不是,那么点击“Material”并“browse”. 1. 2. 3. February 2, 2004 Inventory #002010 8-5 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder . . .作业A12 –过程 4. 选择 “Structural_Steel”材料,然后点击 [Open]. 4. February 2, 2004 Inventory #002010 8-6 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder . . .作业14 –过程 • 施加如下边界条件 (看下页): February 2, 2004 Inventory #002010 8-7 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder . . .作业A12 –过程 5. 点击环境 Environment 栏. 6. 点击连杆面显示… 7. 插入一个力载荷. – “RMB > Insert > Force” 8. 从detail窗口改成“Components”并使 “Z = - 4500 N”. 6. 5. 7. 8. February 2, 2004 Inventory #002010 8-8 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder . . .作业A12–过程 9. 点击环境栏Environment. 10.点击连杆表面显示… 11.插入一个圆柱壳支撑. – “RMB > Insert > Cylindrical Support” • 从Details of “Cylindrical Support”窗口: 12.设置 Radial=“Fixed”, Axial=“Free”, Tangential=“Free” 10. 9. 11. 12. February 2, 2004 Inventory #002010 8-9 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder . . .作业A12 –过程 13.点击环境栏Environment. 14.点击连杆表面显示… 15.插入一个固定支撑. – “RMB > Insert > Fixed Support” 14. 13. 15. February 2, 2004 Inventory #002010 8-10 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向solution(求解)添加结果: 16.点击 solution 栏. 17.RMB > Insert > Stress > Equivalent (von Mises). 18.RMB > Insert > Deformation > Total. 作业A12–求解设置 17. 18. 16. February 2, 2004 Inventory #002010 8-11 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 插入fatigue tool: 19.点击 solution 栏. 20.RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Tool. 作业A12–求解设置 20. 19. February 2, 2004 Inventory #002010 8-12 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 从 Details of “Fatigue Tool”窗口: 21.定义疲劳强度因子(Fatigue Strength Factor) (Kf) 为0 .8 (描述的材料数据表示光滑试件和在 役构件). 22.定义对称循环载荷(fully reversed loading)以 建立交互应力循环. 23.定义应力寿命疲劳分析(由于是全反载荷(fully reversed loading)而不是平均应力,所以不需 要平均应力理论). 24.定义Von Mises应力以便和疲劳材料数据比较. 作业A12 –求解设置 22. 23. 21. 24. February 2, 2004 Inventory #002010 8-13 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向 Fatigue Tool添加结果: 25.插入 “Safety Factor”(安全系数): – RMB > Insert > Fatigue > Safety Factor. • 从 Details of “Safety Factor”窗口: 26.设置寿命 Design Life 为1e6循环次数. 作业A12 –求解设置 25. 26. February 2, 2004 Inventory #002010 8-14 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向 Fatigue Tool添加结果(续): 27.插入 “Fatigue Sensitivity”(疲劳敏感性): – RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Sensitivity • 从 Details of “Fatigue Sensitivity”窗口: 28.定义一个最小基本载荷变化幅度为50% (一 个2250N的交互应力)和一个最大基本载荷 变化幅度为200% (一个 9000N的交互应力) . 作业A12 –求解设置 27. 28. February 2, 2004 Inventory #002010 8-15 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向 Fatigue Tool添加结果(续) : 29.插入 “Biaxiality Indication”: – RMB > Insert > Fatigue > Biaxiality Indication • Solve(求解) 作业A12 –求解设置 29. February 2, 2004 Inventory #002010 8-16 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 查看结果 • 点击并画出总体变形“Total Deformation”. 作业A12–结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-17 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并画出等效应力结果 “Equivalent Stress” . 作业 A12–结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-18 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并画出对于设计寿命为1e6的循环次数的安全系数 “Safety Factor”. 作业A12 –结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-19 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并画出关于一个最小基本载荷变化幅度为50%和一个最大基本载荷变 化幅度为200%的疲劳敏感性结果“Fatigue Sensitivity”. 作业A12 –结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-20 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 找出最大基本载荷变化幅度为400%的百年化寿命的敏感性,注意,必须重新 计算以得到新的敏感性结果. 作业A12 –结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-21 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并画出双轴指示结果 “Biaxiality Indication”. 注意,接近危险区域的 应力状态接近单轴的(.1~.2) ,因为材料特性是单轴的.回想,一个0 biaxiality, 与单轴应力一致;为-1时,为纯剪切;为1时为纯双轴状态. 作业A12 –结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-22 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 插入第二个 fatigue tool以分析 4500N的任意载荷. 假设我们具有从构件 试验获得的应变评估结果,并且知道平谷结果中的200与施加的4500N的载 荷想对应: 30.Highlight the solution branch. 31.RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Tool. 作业A12 –求解设置 31. 30. February 2, 2004 Inventory #002010 8-23 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 从 Details of “Fatigue Tool 2”窗口: 32.定义一个疲劳强度因子( Fatigue Strength Factor) (Kf)为 0.8 (描述的材料数据表示光滑 试件和在役构件). 33.定义疲劳载荷,源自一个比例历程,选择包括应 变评估结果的在时间范围内的比例历程文件(浏 览并打开 “SAEBracketHistory.dat”文件). 34.定义比例系数为0.005(我们必须化载荷历 程,以便使FEM载荷能够与载荷历程文件中的比 例系数匹配): 作业A12 –求解设置 33. 34. 32. 005. gaugestrain 200 load FEM 1 gaugestrain 200 1000 1000 load FEM 1 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ lbs lbs February 2, 2004 Inventory #002010 8-24 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 从 Details of “Fatigue Tool”窗口 (续): 35.定义Goodman理论以计算贫乏军应力影响. 36.定义signed Von Mises应力,用于和疲劳材料 数据进行比较 (使用signed是由于Goodman理 论处理负的和正的平均应力形式不同). 37.定义bin size为32 (雨流Rainflow和损伤矩阵 Damage matrices 是 32x32). 作业A12 –求借设置 35. 36. 37. February 2, 2004 Inventory #002010 8-25 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向 Fatigue Tool 2添加结果: 38.插入寿命“Life”: 1. RMB > Insert > Fatigue > Life 39.插入安全系数“Safety Factor”: – RMB > Insert > Fatigue > Safety Factor • 从 Details of “Safety Factor”窗口: 40.设置设计寿命 Design Life为1000次循环s. 作业A12 –求解设置 39. 40. 38. February 2, 2004 Inventory #002010 8-26 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向 Fatigue Tool 添加结果(续): 41.插入疲劳敏感性 “Fatigue Sensitivity”: – RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Sensitivity • 从 Details of “Fatigue Sensitivity”窗口: 42.定义一个最小基本载荷变化幅度为50% (交 互应力为 2250N) 和一个最大基本载荷变化 幅度为200% (交互应力为 9000N). 作业A12 –求解设置 41. 42. February 2, 2004 Inventory #002010 8-27 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向 Fatigue Tool 添加结果(续) : 43.插入双轴指示 “Biaxiality Indication”: – RMB > Insert > Fatigue > Biaxiality Indication 44.插入雨流矩阵 “Rainflow Matrix”: – RMB > Insert > Fatigue > Rainflow Matrix 作业A12 –求解设置 43. 44. February 2, 2004 Inventory #002010 8-28 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 向 Fatigue Tool 添加结果(续) : 45.插入损伤矩阵 “Damage Matrix”: – RMB > Insert > Fatigue > Damage Matrix • 从 Details of “Damage Matrix”窗口: 46.设置设计寿命 Design Life为1000 次循环. • 求解solve 作业A12–求解设置 45. 46. February 2, 2004 Inventory #002010 8-29 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 查看结果 • 点击并画出寿命结果 “Life”. 作业A12 –结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-30 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并画出设计寿命为1000次循环的安全系数 “Safety Factor”. 作业A12 –结果 如果载荷历程与构件一个月时间的 经历一致,那么损伤和FS就和设计寿 命的1000次循环一样. 注意,尽管计 算只有112载荷块的寿命,但需要的 比例系数只有0.64达到1000载荷块 (由于 FS @ 1000=.64). 注意,比例系数是为了使其满足1000 月寿命的比例系数 . February 2, 2004 Inventory #002010 8-31 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并画出最小基本载荷变化幅度为50%和最大基本载荷变化幅度为200% 的疲劳敏感性结果 “Fatigue Sensitivity”. 作业A12 –结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-32 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并化除双轴指示结果 “Biaxiality Indication”. 作业A12 –结果 February 2, 2004 Inventory #002010 8-33 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并输入雨流阵列的结果 “Rainflow Matrix” . 作业A12 –结果 这里,可以从雨流矩阵看出, cycle counts 决大多数是在低平均应力和 低应力幅(reange)下的. February 2, 2004 Inventory #002010 8-34 A N SY S W orkbench -Sim ulation A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench A N SY S W orkbench -- - Sim ulation Sim ulation Sim ulation 培训手册 Shape Finder • 点击并画出损伤矩阵结果 “Damage Matrix” . 作业A12–结果 尽管,从前面的滑移,大多数分值 (counts)是针对低mean和range bins的,但这些并不在危险位置造成 最大的损伤, 可以从该损伤矩阵中看 到.但“中间”应力幅循环在危险位置 造成最大的损伤. 疲劳 作业 A12 – 目标 . . . 作业A12 – 起始页 作业A12 – 过程 . . .作业A12 –过程 . . .作业14 –过程 . . .作业A12 –过程 . . .作业A12–过程 . . .作业A12 –过程 作业A12– 求解设置 作业A12–求解设置 作业A12 –求解设置 作业A12 –求解设置 作业A12 – 求解设置 作业A12 – 求解设置 作业A12– 结果 作业 A12– 结果 作业A12 – 结果 作业A12 – 结果 作业A12 – 结果 作业A12 – 结果 作业A12 – 求解设置 作业A12 – 求解设置 作业A12 – 求借设置 作业A12 – 求解设置 作业A12 – 求解设置 作业A12 – 求解设置 作业A12– 求解设置 作业A12 – 结果 作业A12 – 结果 作业A12 – 结果 作业A12 – 结果 作业A12 – 结果 作业A12– 结果