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[软件学习与使用] 疲劳分析中的几个概念及其软件中的用法

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发表于 2009-4-17 21:11:35 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 重庆沙坪坝区
本帖最后由 apprent 于 2009-4-23 12:04 编辑
2 k( Z% E% G2 P; ~9 `% Z
2 [) C! M6 [( }. M( U/ ?9 p1 ~题目有点大,其实我是来问问题的,而且是很基础的问题。请各位不吝指教。我自己也会继续翻资料学习。
& r2 U9 n6 r% x0 |$ ^
( G( Y& [2 ^, W/ J! m$ B~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~- G5 R5 G" b5 B; q
讨论背景:
, S' }+ F: R- M: A* P使用的软件为MSC.Fatigue 2005
: d1 P8 N3 N) z/ j# t1 w# l3 u做S-N分析。" e# M) k# S  Z! c
. E" L( l, E/ F! r' c' ?
借用浙大的一个PPT中的图(稍有改动):* ~& N% ^, j( `- J. F7 v

/ E  Y5 M( d! j  ?3 }7 _/ `% m9 o3 d" g' k7 g
参考讨论帖:! V9 s! s' V8 x
http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=769124(初学MSC.fatigue问题总结): f$ o" `) C: W6 w
http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=146161(对存活率、M.s-n与C.s-n做了讨论)
7 t# z5 Z) b+ F3 hhttp://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=819125(存活率,疲劳分析的意义)
2 f, p3 l! g% g  A0 z7 E4 J8 k* v( ]' r' t
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~  r- |+ c, `, S" k
问题:9 x# }2 g, \; W3 O& t- P

8 C# }# w7 V$ b- E( G! c1 _1. 平均应力修正(Mean Stress Correction)) i5 L/ q) }0 q, }
4、各应力修正方法中,Goodman简单且偏于安全,在工程上应用较多,Gerber偏于危险,None就是无平均应力修正了,它适用于平均应力为零很小的情况。Max.Abs.Principle是用第一强度理论,von mises是用第四强度理论。
0 m) n1 d! V2 T  L3 ^% N. wBeans110 发表于 2007-3-26 22:17
8 M% D5 j4 s& {+ ^, O0 n
那么,当我在MSC.fatigue中加载的载荷谱(力/力矩)的平均值不为零的时候,只要在这里选一个应力修正模型就可以了吗?' w5 M7 T% V; w; t* t& Z
是否MSC.fatigue在计算时会先把这个载荷谱进行雨流计数,得到其Range、Mean和Cycle,然后套用所选的应力修正模型?
5 O8 p5 }5 @; X. X( W2 V' m5 P. {- B; e4 ~8 C' j# P5 W0 p/ v# D

! W  a0 v$ {% M3 y
( {: V' y' j. u/ e
9 u; Z8 T1 t/ p. T$ \- R
9 `- p/ x% u" ?" Q6 N, c
& x6 K! z; x$ [) N6 ~# H) ^: s0 M
2. 存活率(Certainty of Survival)
" }7 S( T: O6 A1 l' Q5 N& |- Q
疲劳试验用了十根试样,其寿命值因材料、试验等原因导致寿命值存在分布,即得到十个寿命值。用此数据预测你的零件寿命时,你用那一个呢?50%即为平均值,即十个试样中,有五个低于此寿命值,有五个高于此寿命值!且在Msc/fatigue中是起作用的!
$ u) e2 {4 g9 F! S( ?flycomet 发表于 2003-11-14 12:25
这个值的选取不同,得出的寿命还是不同的
* R: f5 o$ [2 @4 l我对我们的一个正在进行中的试验,先预测其寿命 : x/ c) K" j- C* Z, H
选96%时,寿命为63万次,选50%为180万次
  u; O' c) T$ ~6 p7 ?) I$ X" G; y! pJerry 发表于 2003-11-14 14:25
从安全性考虑,如果一个如航天构件,生存率取值要高;如果对一个农用运输车而言,生存率则可取低些!总之,根据你的需要进行选取!3 n& Q+ H# |, D, D) D9 ^
flycomet 发表于 2003-11-14 19:01
& \& O# w- a, W8 f+ b( y/ w( K
……
7 y# I5 J+ T2 c4 j- D" s不同的存活率得到的寿命不同。此时你最好是求出1%-99%的一条分布曲线来。
: i, W/ F7 j! ^7 c9 Okkkyyy 发表于 2003-11-14 21:22
不能说疲劳没必要,是因为要做好疲劳很难,难在很多数据很难得到,因为要做很多次实验比如S-N曲线,很多都是根据经验得到的,或者直接通过极限抗拉强度,屈服应力估计的,& _4 d  N* b1 q/ V: X  I# a
实验室里面,用特定的样品形状,施加特定的载荷来做出来的,而且是通过概率统计经过处理,
一般的软件给出的S-N曲线在是存活率50%时候的,但在工程上不允许那么低,起码90%以上,这就要对S-N曲线进行校正$ ]7 @, L: N/ ^, o/ ^3 |  I5 K
huanghui01 发表于 2008-3-4 16:09
. p! l+ k+ {* I# _0 n8 U
那么,我这里的计算有要求,存活率使用97.7%,我就在这里直接把存活率设为97.7%就可以了吗?
! t& L0 z, D) U. i存活率修正的公式是什么呢?(既然大家的S-N大都是用UTS和E估计出来的)。前述Goodman、Gerber的公式教科书上是都有的。. e9 g9 X6 K* d; Y: U+ P

; [0 G8 e; x) d* `. I( e
# A6 m+ W& Z! E, C: F( |( X4 ]; [8 G- D

8 T0 u+ B8 |1 z$ ^. t% Y  C% ~3. 取节点或单元的应力
+ v; N+ s$ i8 T

# y2 ]0 e  G2 Q
, n  S4 e* I; h8 K1 l; B3 |3 y4 r! Z8 w
这个选项的含义我大致是明白的。主要就是涉及到从积分点应力向节点应力插值的情况。
( _$ X! g: U# q( S# q" {  ]; Y3 d对于有4个积分点的quad4单元,这里选Node的话,那么使用的是从积分点向4个节点线性外插的应力值。
) }3 @8 J6 x; r( T0 }# {选Element的话,使用的单元的应力,即4个积分点的平均值。
" Q$ Y$ ~. a% F0 t: B! w- _我在一些计算中发现,选择这两种方法计算出来的疲劳寿命相差是比较大的……
6 P: b( X& L) R# L& j猜想是不是FEM模型在局部还不够精确,应力梯度比较大(网格不够密,应力分布不平滑),造成两种应力计算方式有比较大的差异,因此造成疲劳结果差异较大。5 p' Z! P2 k2 D# S/ R, H

- A! N1 ]! _6 g! [4 s6 z' s" d0 c
  O( J% H6 Z1 }& E4. 加工工艺# {% s( S8 O. Z( a, ^' B

5 J2 y+ A& M1 X1 ?' ]* n; z+ |
- ~4 R# ~  m8 _- K  E8 m; u* L7 S1 r) H. M8 k, \
- U& h6 {5 y4 l4 E1 p2 m
表面处理、热处理工艺对疲劳寿命的影响很大,软件中选择不同的工艺计算出的结果差异明显,那么这里的各选项应该只是在某个地方考虑了一个系数吧?哪里可以查到这个系数(模型、经验公式、理论)呢?
; f' h# O- l) Q& |2 G) L0 l  e$ @/ ]* P$ E6 k- e4 e
% P7 y% L9 E" N) H
=========================================$ B0 f: j" Y7 Z9 u( |' z
ps:给最近发的几个相关帖子做个链接! m" z* {+ K" _5 s) D- j+ ]! d
http://forum.simwe.com/thread-875979-1-1.html
- ~) ?  S# E9 N# ~1 i9 bhttp://forum.simwe.com/thread-876186-1-1.html

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 楼主| 发表于 2009-4-17 21:20:19 | 显示全部楼层 来自 重庆沙坪坝区
Simdroid开发平台
本帖最后由 apprent 于 2009-4-18 17:51 编辑 ' h) p7 U& t4 T* y. K; o7 I

% y2 H9 o& W& Z占一楼以备添加。
6 _1 c! c, i4 E( K6 U7 x$ m~~~~~~~~~~~~~~~( I, t: P9 k6 O3 ]

& t1 ^- B) L8 E; J) `# A3 }1 k, b感觉理论基础还是差得多,而软件又都过于黑箱了……- {2 d# ]% K+ T* J. m: F9 N
估计如果自己用数学软件编一套计算程序后才会非常明白。( o2 b6 t" C- N  x: l% _+ Z6 d
9 c/ y) M) f$ R  v1 w
~~~~~~~~~~~~~~~+ b2 }  |: N! o/ r+ J2 {

5 o! ]( z6 Q/ u+ Q) {, y我像是来这里做笔记的,呵呵
9 Z' ^; S6 o9 B2 l3 Y- V希望还是能对软件新手们有点帮助。请众位高人不要鄙弃。
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发表于 2009-4-18 10:00:08 | 显示全部楼层 来自 山西太原
和楼主同感?有的时候知其然不知其所以然。
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 楼主| 发表于 2009-4-18 17:07:27 | 显示全部楼层 来自 重庆沙坪坝区
本帖最后由 apprent 于 2009-4-18 17:55 编辑
9 c( Q/ N5 f5 t' O
$ Y* w# `7 p, u9 Z8 }对于——
* B. E% K6 x! b8 f( h+ |* \. W9 e- i1 M$ X( j! q% c, X
3. 取节点或单元的应力6 ]# E* f. Q9 g& W- N; |
3 ^- b, V. B  [6 A- g" q9 H
' W. e/ ]# x2 I8 k; a$ F
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~8 M5 ~% F& ]* E# q/ z/ b0 p
来自《MSC.Fatigue User’s Guide 》的解释:
2 w) z; K9 h% D' m* ?' R$ u5 S+ F; i, L: Q) ?7 E! T" R
Results Location: ! N' V7 b* M6 T1 Q+ ?# Z
This parameter tells MSC.Fatigue whether to expect Nodal stress/strain results or Elemental centroid stress/strain results.
+ c1 ?* M5 P7 _' `$ G6 ]7 PThis dictates whether the user is setting up a global multi-node or global multi-element fatigue analysis.
+ }+ K6 h2 N+ r& T0 q. FSubsequent parameters, results file types, and results displays are dependent on whether nodal or elemental data is being considered. 5 Z- E( w. _. Y$ q3 j% P7 O, F3 B  @
If nodal data is being considered, the resulting fatigue lives are reported at the nodes.
* ^7 ?0 }; k0 w( |# XConversely, if elemental data is being considered, the fatigue lives are reported at the element centroids. , ]3 L' _7 M1 U9 _, L& K- h, R
Fatigue cracks invariably occur at free surfaces, and hence when a crack initiation method is used, node points results are usually required. 3 W4 p: x, N$ f. ]
The exception is when a shell model is used, element centroid results may be extrapolated to the top or bottom surface.
  ?$ {" }) i9 }$ J; gThis is useful when there may be some doubt as to the accuracy of the node point results due to extrapolation and/or nodal averaging practices. ) T2 P, |3 Y3 Z: ~7 r
The spot weld analyzer uses forces and moments from both nodes and elements.
' X& x8 g; u' N0 yThe SEAM-weld analyzer takes stresses from both the top and bottom surface and needs both nodes and elements for this.1 X  D5 i" c- ?0 P1 d% q0 R: W7 L
. F) }; t, P$ f: r2 E9 ]* ^
翻译:
0 }; A6 C) J" q6 L" U/ j这个参数告诉MSC.Fatigue去提取节点的应力应变结果还是单元中心的应力应变结果。+ j( O; g& A- [, |
这决定了用户将要进行全局多节点还是全局多单元的疲劳分析。
+ `: G! @) R8 P7 L( S  H! o其后的设置参数——结果文件类型和结果显示,将依赖于上述选择——使用节点还是单元的数据。
3 E/ ]+ f+ D) ~. h3 n) O如果使用节点数据,则疲劳结果将被呈现在节点上. I* i8 n# v3 {* `3 J/ g) @; i9 X7 i
相反地,如果使用单元数据,则疲劳结果将被呈现在单元中心上
' N0 d) R% x/ {- h疲劳断裂总是发生在自由表面,因此当进行“裂纹扩展”分析时,通常要求使用节点的数据。
# z" Z/ g9 [1 O+ h6 t& @0 b例外的情况是,当使用壳单元模型时,单元中心的结果可能要被外插到顶层和底层表面。* T* k" I7 V1 H
此时这个选项便发挥作用了,因为外插和/或节点平均操作会给节点结果的精确性带来疑问。7 p# a; ^3 ?! ^; `0 `4 P" `
点焊分析要使用节点和单元两者的力合力矩数据。
$ M- G$ _# C& N, d0 E缝焊分析要使用节点和单元两者的从顶面到底面的应力数据。( @/ V. b1 s6 A5 f8 j2 ]
% x! E3 v$ v+ k9 P3 y
Nodal Averaging:
! K  j; l4 y. x/ |. MDepending on how the finite element results are defined, nodal averaging of the stresses or strains may take place. - ^- [: x4 u  ?2 W: K* I2 K" i- |
If grid point stresses exist and are selected, no averaging will occur. 9 m8 I+ m. Q9 j& s* N! \7 R5 k) N: n
However if the stresses or strains selected for the fatigue analysis are elemental based, such as results at integration points or elemental nodal values such that each element has a different value at the shared grid points, then nodal averaging will occur. ' F. w) B+ s8 E! I- V
This averaging is done on a global basis such that every contributing element surrounding a particular node will be used in the averaging. 2 H$ J* _6 X8 b
The exception to this is if Group is selected in which case only elements in the Current Group will be used in the averaging. " }1 I7 y* i3 R1 C. y
For the SEAM-weld analyzer only the current group can be used and no choice will be given.
. @0 F- S0 K0 P% O9 t$ s" p
9 ^* n7 N2 e: H' r1 y, `8 ]2 J翻译:
/ G( l6 o4 t0 Z% H$ b4 h9 T根据有限元结果的定义方式(使用节点还是单元数据),应力或应变的节点平均操作可能被采用。
4 ~& Q( M* r5 j9 N5 X如果节点的应力存在并且被选择使用,那么节点平均就不会发生(不需要了)。- P# H0 M! o8 l; K
然而如果基于单元的(比如积分点上值的或各单元在公共节点上有不同值的节点值)应力或应变被选中来进行疲劳分析,那么就需要进行节点平均操作。/ g" k- n7 e& z1 @/ B% A
节点平均操作是全局性的,也就是说,所有环绕着某一节点并对其有贡献的单元(在该节点的值)都将参与平均操作。2 @8 B3 t% }, p1 Y/ X2 R
如果Group被选中,那么只有在当前组中的单元参与平均操作。
& K. l6 a8 a1 q- m& q7 d( [对于缝焊分析,只有当前组选项,因此这个选项变为不可改动。

" u$ p1 y7 `" v7 c- r7 H  k; n
$ D" E1 O, k4 I) d2 b7 R~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~8 ]# J2 r, K* G, W& J/ [5 [" P

) W8 e/ S; v8 @我的模型中使用的单元的结果,节点平均选择了Group,因为我给模型用了“表面覆壳”,表面加了一层0.0001mm厚的壳单元,设为一个单独的组,疲劳计算时只针对这一个组的壳单元。% l/ j. F! G& V- K# M, C; X( q
因为:" H7 u! g6 h* n# I4 o4 ?9 \
1. 疲劳破坏/最低寿命一般都是发生在结构表面;5 H9 ^  Z/ k# H, T6 O4 c
2. 使用壳单元提取出的应力都是结构表层的,而用实体单元的话,表面节点的应力是从表层下的积分点外插上来的,相对而言,使用壳单元提取的应力更精确;
+ W, H$ K6 g; C9 f$ _3. 显然,只计算壳单元一个组,能减少计算量;" y: S2 E1 h; _1 R, B
4. MSC.Fatigue手册中还给出一个理由,由于理论知识的不足,我不是非常明白:The shell element stresses are normally recovered in element coordinate systems which have the advantage of being in the plane of the surface. This makes multiaxial assessment easier.(壳单元的应力坐标系有一个优点:在结构表面的平面上。这个特点使多轴评估更容易。)! d7 S9 j! C1 E
-----------------------------------------
* Z: E8 O8 \* a. E: c  h: t, e8 d: I) b! w* n3 |& a
我想知道:
' M4 H% C6 Q, b; |# g上面用颜色标出来的 global multi-node fatigue analysis or global multi-element fatigue analysis 是什么意思?
+ b" U  Q* n0 D# I* N4 N
, Z' x* E2 A7 g, C; \resulting fatigue lives are reported at the nodes fatigue lives are reported at the element centroids 又有什么区别?(这个知道了,见下图——)1 `) W) ~0 A$ Q% {! d9 x& |) N! h: q

5 H/ ~4 I7 N' f8 ?& ]' a, J9 W刚刚做了两个例子试了试,发现基于我的FEM应力结果,选单元和选节点,疲劳计算结果差别不大(如上图),云图分布趋势一致,而且用单元计算的,云图更加圆滑。

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发表于 2009-4-28 15:20:38 | 显示全部楼层 来自 北京丰台
学习过程中,也有同样的疑问,尤其是问题1和2.
9 i, z/ h, @0 x/ `向楼主学习。
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发表于 2009-5-5 19:14:27 | 显示全部楼层 来自 辽宁大连
1. 平均应力修正(Mean Stress Correction)3 W0 h2 O' t' M" t3 |
那么,当我在MSC.fatigue中加载的载荷谱(力/力矩)的平均值不为零的时候,只要在这里选一个应力修正模型就可以了吗?  C4 W; D6 s1 p9 g
是否MSC.fatigue在计算时会先把这个载荷谱进行雨流计数,得到其Range、Mean和Cycle,然后套用所选的应力修正模型?
, p. c7 }( i  z
/ t6 n7 k" h0 y时间关系,先只讨论这个问题。, h3 k5 L% q! T6 H* Q! a" v
    我一般只适用疲劳软件里的雨流处理,然后自己分析,因此对一直做到底的软件内容不太了解。但我是这么认为的:7 |- |; e3 }/ T) B0 P
    如果选择应力修正模型,就必须给出平均应力,不给出平均应力的话,还是不进行修正。所以,既然软件已经雨流出了应力范围、和平均应力的结果,只要用户选择了修正模型,软件就应该自动把雨流出来的平均应力带入到模型里面去的,而不用用户再行专门带入。
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发表于 2009-5-5 19:16:57 | 显示全部楼层 来自 辽宁大连
第二个问题将在“关于GL Wind中对S-N曲线的规定”的帖子讨论,不过今晚没时间了
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发表于 2009-5-6 15:42:22 | 显示全部楼层 来自 广东中山
楼上的是做风电的吗,对风机结构疲劳计算应该很牛吧
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发表于 2009-5-9 13:57:44 | 显示全部楼层 来自 湖南长沙
学习了,谢谢讨论!
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发表于 2009-7-16 19:03:22 | 显示全部楼层 来自 重庆沙坪坝区
学习了,谢谢先!
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发表于 2009-8-28 16:54:27 | 显示全部楼层 来自 湖南长沙
学习软件中,谢谢讨论!
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发表于 2011-1-3 21:12:36 | 显示全部楼层 来自 辽宁大连
一般情况下,是取节点力的
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发表于 2011-2-15 09:58:40 | 显示全部楼层 来自 辽宁沈阳
正准备做疲劳相关的分析,谢谢楼主的分享,关于上面谈到的有一点疑问想请教一下:
6 ]2 i; P% p" c2 V“我的模型中使用的单元的结果,节点平均选择了Group,因为我给模型用了“表面覆壳”,表面加了一层0.0001mm厚的壳单元,设为一个单独的组,疲劳计算时只针对这一个组的壳单元。% ”+ s3 l! O3 f1 s* l) {% u! O$ Q( x5 U
  这个怎么实现的?
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发表于 2011-2-22 21:28:41 | 显示全部楼层 来自 陕西咸阳
做风电疲劳的人不少。
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发表于 2011-4-17 15:01:37 | 显示全部楼层 来自 河北秦皇岛
好帖子,先mark了再仔细研究
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发表于 2011-4-18 18:55:37 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
要好好研究一下
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发表于 2011-4-18 18:59:46 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
要好好研究一下
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发表于 2011-4-27 11:36:31 | 显示全部楼层 来自 河北秦皇岛
标记一下,慢慢学习
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发表于 2011-4-29 15:09:15 | 显示全部楼层 来自 台湾
学习了,谢谢!!
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发表于 2011-5-1 07:27:11 | 显示全部楼层 来自 江苏泰州
谢谢啊。这么好的资料。。
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