Nsoft中计算实体单元疲劳问题

lxm9977

是否Nsoft不能计算实体单元的疲劳，有限元中需要在实体单元表面贴一层壳单元？
有限元计算得到的结构应力状态（6个分量）是如何等效成S-N曲线中的应力（一个等效力）的？是用最大主应力吗？
& i' h2 u- F; M4 b" g% H4 u
3 G' M! C: |9 @4 d5 c' r1 b* \谢谢

hg_boy

1.nsoft完全可以计算实体单元的疲劳；
9 w5 p5 Q& P* o1 ]贴一层shell单元，是为了更准确地得到结构表面的应力结果。
1 q% w: h: e& t因为实体单元表面的应力值，是通过对实体单元内部的积分点的应力进行插值得到的。
相比之下，用shell得到的应力更准确一点。

2.在分析时候，勾选advanced option. nsoft会提供若干个选项，可以根据你自己的需要进行选择，你可以选择最大的主应力，也可以选择vonmises stress进行计算。默认选项的好像是最大主应力。

stone08

老向, Choosing vonMise probably is misleading because von Mises doesn't  has sign ( +,-). It is always positive by definition, which might result in wrong fatigue calculation especially in dynamic stress input. There is one option in Nsoft allowing you to choose signed von Mises should be more appropriate.

hg_boy

原帖由 stone08 于 2009-1-1 07:02 发表
$ u0 x' U  w. b  T( I老向, Choosing vonMise probably is misleading because von Mises doesn't  has sign ( +,-). It is always positive by definition, which might result in wrong fatigue calculation especially in dynamic str ...

5 f8 B% n6 \. l2 |/ q" h非常感谢谢stone的指正。
我对于疲劳分析，是最近做一些项目才有接触到，有很多细节不甚清楚。
我只是看到软件里面提供了vonmises这个选项，而且nsoft软件默认的选项是abs(maximum principal stress)，也是取的绝对值，没有正负号的。
: c* I* z) t/ A' c8 q, A
6 l$ q1 B/ }! c9 A5 \8 G我想，既然软件提供了vonmises,abs(MAX. Principal Stress)等若干个选项，每个选项肯定有它的应用场合，stone能否把这方面的内容给大伙展开讲解一下？thanks in advance.

stone08

The option of  “Max. Principal stress" is somewhat misleading from the name. It actually is not what the name means. Say you have a time history like the following

# d: B7 _2 J0 w+ J2 [. u2 z  NTime                                    0         1           2           3         4                 Max. Range
Max. Principal                 100     -100      200     -200     500           -200~500 = 700
( X5 N! A) P; O- d5 KMin. Principal                     50    -150     -500     -250      -10           -500~ 50 = 550
( Z! r& l# Q& n. LAbs Max. Principal          100    -150     -500     -250      500          -500~500=1000
6 \) E* T) F) k: L* C5 R; u+ c
What is the catch here?
Using Abs Max. Principal stress actually gives a larger stress range than using Max or Min. Principal. The ABS doesn’t mean to take away the sign. What it does is to take the largest absolute value and leave the sign.     
3 J* Z9 ]3 R) M, S5 T+ C' QBut how about the von Mises or Shear/Tresca? These values tend to be always positive which halves the actual stress range.
If you prefer to use von Mises stress, then use signed von Mises instead. The Abs. Max. Principal is a more conservative option. Basically, the Abs. Max. Principal is suitable for fatigue calculation though it yield more severe result. After all, von Mises is a non –directional scalar while fatigue cracks are directional.
However, from my personal experience, signed von Mises sometimes correlate much better with test result compared to Abs, max. principal.

hg_boy

非常感谢stone的详细解答。
看来stone在疲劳方面经验颇丰，期望以后能多多指点。

mr.fatigue

What Mr. Stone 's explanation is perfect !
5 G: p$ y4 t; z- F' [, c* u
Attached picture can give a intuitionistic understanding, For you reference.

lxm9977

感谢各位大侠的指点
小弟受益匪浅。
* u! d" j, N9 {5 G( o  G5 s# |nsoft中默认是采用abs max pricipal 作为等效应力，结果应该是偏保守，不知小弟这么理解是否正确。

mr.fatigue

没错，疲劳计算中很多选项和经验参数的选取都还是以偏于保守为出发点的。

ousyoubu

这个话题被大家比较深入地讨论下去了，可以说现在国内外学者在这个问题上还没有形成一个比较合理或公认的办法。
7 i# X! n. ^: m) t9 v" T       这是一个把多轴应力疲劳简化为单轴应力疲劳来做疲劳分析的问题，现在无论在解决实际工程问，还是在以研究为特点的学位论文中，都可看到不同的方法和观点。
4 P/ F! ]& G0 F' R+ V       我认为，无论从断裂力学的观点看疲劳裂纹扩展，还是从疲劳裂纹形成的机理讲，都没法解释为什么要用冯-密塞斯应力来作为计算应力幅的基本量？
( v. O8 d! b) Y! A& L8 u" J       从断裂力学的角度讲，裂纹要扩展的前提是裂纹尖端必须张开。如果裂纹处于压应力场内而闭合着，那么可以看作裂纹不存在。也即是说，裂纹扩展的难易程度或者扩展速率与裂纹尖端的应力方向、拉压性质等应力状态密切相关。另一方面，从疲劳裂纹的形成机理看，应力必须是变动的才可能形成疲劳裂纹，而且应力的变动幅度即应力范围或者应力幅越大，裂纹的形成速度就越快。
      但是，冯-密塞斯应力实质上是畸变能或称形状改变比能、而不是应力。只不过在利用形状改变比能理论的失效准则时，它最终被简化成了应力量纲。因此，它是正值或者绝对值。也有stone08先生所讲，它是没有方向的。所以，冯-密塞斯应力既不能说明裂纹尖端的应力（场）状态、也不能说明应力幅的大小。比如在某一点处，在2个不同时刻分别产生了100MPa、-100MPa单向应力，此时的应力范围应该是100MPa-（-100MPa）=200MPa（或应力幅是100MPa）。但这在冯-密塞斯应力来看，这两个时刻都应力值是完全相同都，因此应力范围也为零。
      因此，尽管甚至在国外有的疲劳设计标准里也出现了用冯-密塞斯应力作为求算应力幅的基本参量，但实际上属无奈之下的权益之举，在一些博士论文里能看到类似的计算方法。但如果这样做都话，应该再有其它的应力幅计算方法来进行比较才更合理。
# W3 ]" w* f, o" R* {2 G4 O3 p      也有的用“最大主应力-最小主应力=应力范围”的做法来与冯-密塞斯的结果做比较。但事实上，这2个主应力方向相差90°，而且方向也随着时间而在不断变化。所以怎么能直接相减呢？而且这也与疲劳裂纹的形成机理不甚一致。这种做法也显然偏于保守。如果做进一步的合理性比较分析的话，还应该以X、Y、Z三个方向的正应力为基本参量进行三个相应方向上的应力幅计算。
     无论是按主应力计算还是按正应力计算，动应力下计算出来都应力幅个一系列值，有时无法直观看出哪种情况的疲劳危害更大，这时就需要借助雨留法和Miner损伤累积理论来分析。
, ~& G8 Q9 o$ c8 }$ S7 T* M) a       三类做法所计算出的结果中，显然是正应力的情况最偏危险，但也可能是最接近实际情况的结果。因此要利用这种计算结果，必须考虑实际制造工艺、特别是焊接工艺。如果即使考虑了焊接工艺可能出现的最不理想的缺陷等危害，所计算出结果还是容许范围之内的，那么一般情况下可以断定计算结果是可以提交给领导的（既不出事，又比较接近实际）。
. a9 F# Q. D; ?5 X( V1 g4 C       有一点不清楚，stone08先生两次说到可以使用带符号的冯-密塞斯应力，含义是什？是软件里特指的参量？因为我做疲劳分析一般不用疲劳软件。谢谢！
      （我一般只是借用软件里面的雨流法模块，然后中止并取出雨流结果，再根据实际制造工艺等情况进行各种影响因素的取舍和修正。这样结果比完全依靠软件更为准确。）

! Y0 h2 T! ^& K7 b- k[ 本帖最后由 ousyoubu 于 2009-1-18 14:02 编辑 ]

stone08

Experimental test data is mostly uniaxial whereas FE results are usually multiaxial. At some point, stress must be converted from a multiaxial stress state to a uniaxial one. Von-Mises, max shear, maximum principal stress, or any of the component stresses can be used to compare against the experimental uniaxial stress value. A “signed” Von-Mises stress may be chosen where the Von-Mises stress takes the sign of the largest absolute principal stress. This is useful to identify any compressive mean stresses since several of the mean stress theories treat positive and negative mean stresses differently.

I quoted it from ANSYS Fatigue manual!

michealneal

一些过去的疲劳分析的教材上面，都用凡麦斯应力来把多轴应力转化为单轴应力；stone08说的很有道理，用abs。max。principal更为保守一些

fly306

看了各位高手的帖子，对几种判断方法多了了解。谢谢！

powerxun2

精华贴，顶一下

pxhw

很不错呀
# E! v3 Q# @& W# k- C, {# s$ D解释得很好！

icybrokenheart

长见识了。

lk_dragon

stone08有没qq啊，以后有问题我多请教了。

leexy

受教咯，差距啊！

rsdanger87

好贴啊好贴啊~~

allnight

受教了
8 R" C: @8 d* k4 h学习
% `9 t! P2 F. K刚接触疲劳
% V2 d, Q- Z  ?) X2 o看来有很多东西需要认真学习啊