有限元法进行疲劳分析

有限元法进行疲劳分析

1一、有限元法疲劳分析的基本思路

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，因此仅讨论S-N法，且针对车辆结构疲劳分析。

2二、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：

1．建立物理模型(Physical Model)

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。

2．建立数学模型(Mathematical Model)

数学模型也就是使用物理模型计算应力或应变。求解后，可从后处理器中获取相关的应力或应变。

3．载荷工况(Loading Conditions)

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。

4．定义事件(Events)

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。

5．评估(Evaluation)

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)

6．后处理(Post Processing)

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。来源：元计算官方网站