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机构疲劳寿命分析
Fatigue Life Prediction of Structures
目录
1
疲劳简介
2
结构分析
3
疲劳分析应用
4
理论与展望
疲劳简介
强度、刚度和疲劳寿命是对工程结构和机械使用的三 个基本要求，其中疲劳破坏是工程结构和机械失效的 主要原因之一，引起疲劳失效的主要原因是重复载荷。
从微观上看，疲劳裂纹的萌生都与局部微观塑性有关， 但从宏观上看，在循环应力水平较低时，弹性应变起 主导作用，此时疲劳寿命较长，称为应力疲劳或高周 疲劳；在循环应力水平较高时，塑性应变起主导作用， 此时疲劳寿命较短，称为应变疲劳或低周疲劳。
3.局部应力应变的稳态法和瞬态法；
4.实验数据与计算数据的吻合。
2
网格划分
3
分析结果
三维建模
在ANSYS中建立模型
网格划分
模型采用六面体网格 Nodes:67516
Elements:36758
分析结果 从上图中可以看到最大应力出现在联接孔处，此处作为疲劳分析的重点对象。
疲劳分析应用
非恒定振幅载荷
疲劳分析应用
寿命
安全系数
疲劳分析应用
载荷-寿命曲线图
疲劳分析应用
损伤矩阵
雨流矩阵
理论与展望
雨流法理论 线性疲劳累积损伤理论 非线性疲劳累积损伤理论
雨流法理论
目前雨流计数法有多种，但差别不大，常用的雨流计算法的 计算规则为： （1）雨流起点依次在每个峰（或谷）的内侧；
（2）雨流在下一个峰（或谷）处落下，直到有一个比其大的峰 （或更小的谷）为止；
（3）当雨流遇到来自上面屋顶流下的雨流时，就停止；
（4）取出所有的全循环，并记录下各自的幅值和均值。
疲劳极限图
GerberFra Baidu bibliotek物线模型： a
1
1
m b
2
Goodman直线模型： a
1
1
m b
Soderberg直线模型： a
1
1
m s
Goodman适用于低韧性材料，对压缩平均应 力没能作修正 ;
Soderberg比Goodman更保守，大多数情况下 适用于脆性材料;
疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷 的次数或时间。
疲劳简介
工程裂纹
asmL
a0 asmU
无裂纹
小裂纹
大裂纹
裂纹扩展寿命 全寿命
acr
裂纹长度a
图1 三阶段疲劳破坏模型
图中：
aa smL smU
小裂纹的上限尺寸 小裂纹的下限尺寸
aac0r
工程 裂纹尺寸 临界裂纹长度
结构分析
1
三维建模
Gerber理论能够对韧性材料的拉伸平均应力提 供很好的拟合,但它不能正确地预测出压缩平均应 力的有害影响.
今后工作
从以上的有限元分析，可以得出机械零部件疲劳寿命和 疲劳损伤，能更好 预测材料在交变载荷作用下的循环寿命。但其中还有许多 理论有待解决：
1.线性疲劳累积损伤理论；
2.非线性疲劳累积损伤理论；
Fatigue Life Prediction of Structures
目录
1
疲劳简介
2
结构分析
3
疲劳分析应用
4
理论与展望
疲劳简介
强度、刚度和疲劳寿命是对工程结构和机械使用的三 个基本要求，其中疲劳破坏是工程结构和机械失效的 主要原因之一，引起疲劳失效的主要原因是重复载荷。
从微观上看，疲劳裂纹的萌生都与局部微观塑性有关， 但从宏观上看，在循环应力水平较低时，弹性应变起 主导作用，此时疲劳寿命较长，称为应力疲劳或高周 疲劳；在循环应力水平较高时，塑性应变起主导作用， 此时疲劳寿命较短，称为应变疲劳或低周疲劳。
3.局部应力应变的稳态法和瞬态法；
4.实验数据与计算数据的吻合。
2
网格划分
3
分析结果
三维建模
在ANSYS中建立模型
网格划分
模型采用六面体网格 Nodes:67516
Elements:36758
分析结果 从上图中可以看到最大应力出现在联接孔处，此处作为疲劳分析的重点对象。
疲劳分析应用
非恒定振幅载荷
疲劳分析应用
寿命
安全系数
疲劳分析应用
载荷-寿命曲线图
疲劳分析应用
损伤矩阵
雨流矩阵
理论与展望
雨流法理论 线性疲劳累积损伤理论 非线性疲劳累积损伤理论
雨流法理论
目前雨流计数法有多种，但差别不大，常用的雨流计算法的 计算规则为： （1）雨流起点依次在每个峰（或谷）的内侧；
（2）雨流在下一个峰（或谷）处落下，直到有一个比其大的峰 （或更小的谷）为止；
（3）当雨流遇到来自上面屋顶流下的雨流时，就停止；
（4）取出所有的全循环，并记录下各自的幅值和均值。
疲劳极限图
GerberFra Baidu bibliotek物线模型： a
1
1
m b
2
Goodman直线模型： a
1
1
m b
Soderberg直线模型： a
1
1
m s
Goodman适用于低韧性材料，对压缩平均应 力没能作修正 ;
Soderberg比Goodman更保守，大多数情况下 适用于脆性材料;
疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷 的次数或时间。
疲劳简介
工程裂纹
asmL
a0 asmU
无裂纹
小裂纹
大裂纹
裂纹扩展寿命 全寿命
acr
裂纹长度a
图1 三阶段疲劳破坏模型
图中：
aa smL smU
小裂纹的上限尺寸 小裂纹的下限尺寸
aac0r
工程 裂纹尺寸 临界裂纹长度
结构分析
1
三维建模
Gerber理论能够对韧性材料的拉伸平均应力提 供很好的拟合,但它不能正确地预测出压缩平均应 力的有害影响.
今后工作
从以上的有限元分析，可以得出机械零部件疲劳寿命和 疲劳损伤，能更好 预测材料在交变载荷作用下的循环寿命。但其中还有许多 理论有待解决：
1.线性疲劳累积损伤理论；
2.非线性疲劳累积损伤理论；