【分享】战胜疲劳三板斧---不变应万变

zhangpengwei · 发表于 2011-8-20 13:00:00

最近很多兄弟反映疲劳很复杂，不知道从何入手，现在此将我个人的理解简单与大家分享一下，希望能起到抛砖引玉的作用，希望大家积极参与讨论、各抒己见。
前言——无形中孕育着有形
   疲劳确实是一个复杂庞大的学科，它是多学科交叉所衍生出来的一种综合性学科，也就是多学科的综合应用。力学：材料力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学、断口形貌学、FEM、纳米力学；机械：设计理论与方法、结构强度、结构动力学；材料：金属材料、材料力学性能、金属学、物理性能、焊接工艺(铸造、锻压、热处理) 、焊接结构。
无形：现在的大学校园里几乎没有单独开设疲劳这门学科的专业课，无形的体现。
有形：无形的力量孕育这有形体现，相信大学里机械类相关专业上述的基础或多或少都学了一些，降龙十七掌你都掌握了，连起来的第十八掌你就不会了吗，第十八掌不要收藏，武功收藏会贬值的。
   你已具备了扎实的练武基本功了，拿着下面的三板斧去行走江湖吧。
三板斧砍死疲劳——不变应万变
   大家可能认为上述这么多学科啊，太复杂了（好多人都是这么被吓倒的）。
     不要怕，宇宙万物皆有规律可循，混沌中孕育着规律。
疲劳的所有因素归结为：几何结构、载荷、材料。分别用三板斧砍死这三个拦路狗，扫除你前进路上的障碍。
1. 几何（光滑、缺口）：这个当然大家都很清楚，不同的几何结构在同一的载荷作用下，会表现出不同的应力应变关系。
2. 载荷：这个大家也很清楚，同一几何受到不同的载荷作用下，也会表现出不同的应力应变。载荷类型很多：拉伸、扭转、弯曲等等。
3. 材料：不同的材料具有不同抵抗疲劳的特性，这个大家也很清楚，钢铁、塑料、玻璃等肯定抵抗载荷破坏能力不同。
有了材料和几何，所关注部位的应力应变特性就掌握了，不同材料承受应力应变的特性不同，所以再将应力应变应用到具体材料身上就得出相应的疲劳寿命。
综上：何种几何 + 何种载荷 + 何种材料 = 疲劳
只要掌握了这三个疲劳的基本要素，任何疲劳问题都可以归结到这三要素的身上，从这三要素入手，一切问题迎刃而解。因此，研究疲劳问题就要重点研究这三要素。
这三个要素是疲劳这棵大树的主干，同时还有一些枝叶围绕着主干。这就是混沌中的规律，规律中的混沌。
疲劳软件操作
   目前，市场上疲劳分析的商业软件相当繁多，不同的软件都有自己不同的卖点，其实做线性的应力疲劳分析，任何软件都是一样的，没有太大的差别（热机疲劳、多轴疲劳可能会有一点点一点点的差别吧）。
疲劳软件的操作也是要按照上面的三个因素操作，你就会发现思路清晰，哪一步该做什么不会混乱。
      第一步：针对具体的问题进行相应的有限元分析，无论是静态还是动态的，都是为了获得相应的应力应变状态或者历程，以便后续的疲劳分析，这里需要指出的是，一定要清楚你所使用的疲劳软件能读什么格式的结果文件。若用abaqus求解，建议输出fil文件，多数疲劳软件均识别fil文件。
      第二步：定义载荷历程，此步针对第一步为稳态分析的，如果第一步采用的瞬态分析的，载荷不需要定义，结果中具有应力应变历程。
      第三步：定义材料特性，主要是有实验测得的SN曲线（载荷和寿命关系），这里看你的数据时由光滑材料试棒还是具体构件获得的SN曲线，针对不同的数据获得方式填写相应的影响因素（这里暂时不展开讲解，涉及的问题很多）。
   第四步：ok

   不要犹豫，赶快拿起你的武器行走江湖去吧。

zhangpengwei · 发表于 2011-8-20 13:02:16

沙发自己坐，哈哈

zxp19851224 · 发表于 2011-8-20 13:07:24

狂顶版主！哈哈哈。

myanchor · 发表于 2011-8-20 13:23:06

谢谢版主指导，以后应常来贵版学习。

zhangpengwei · 发表于 2011-8-20 13:30:23

欢迎来交流，我会不定期的上传一些资料和心得与大家交流。

429745315 · 发表于 2011-8-20 22:14:18

多谢版主解惑，为吾等菜鸟指明了方向

zsq-w · 发表于 2011-8-21 12:47:02

zhang版的强帖啊，俺来学习下。
如果手算的话，上面的四步如何走法？一般是依据哪些规范？

zhangpengwei · 发表于 2011-8-21 15:23:09

回复 7# zsq-w
回z管：
手算也依然很简单，一样是上面的三要素。
第一步：我们同样需要获得具体结构应力应变状态，可以通过理论分析（简单模型）、或者有限元数值求解（复杂模型，不容易用理论获得）。
第二步：根据你第一步施加的载荷类型，计算相应的应力（应变）幅和平均应力（应变）。通过相应的平均应力修正方法（一般为googman，gerber等）将非对称应力修正为循环对称应力状态。
第三步：就是材料了，针对分析类型定义材料的SN曲线（或者EN），高周的sn，低周的en。
第四步：根据第二步的修正应力与第三步的sn曲线，可以解出此应力状态下的疲劳寿命。（如果是多级载荷加载，此时需要借助Miner线性损伤累计准则进行多级载荷下的疲劳寿命）。
第五步：ok。

zhangpengwei · 发表于 2011-8-21 15:27:09

依然是不变应万变，

baobaomi · 发表于 2011-8-22 14:07:07

请问有做热疲劳的没，拜个师傅

xyz123 · 发表于 2011-8-22 15:24:32

楼主你说不错

zhangpengwei · 发表于 2011-8-22 16:09:59

回复 10# baobaomi

所有疲劳机理基本一致（微观概念），所谓热疲劳，就是相当于载荷是热而已，材料中添加于热相关的特性参数而已，仍然遵循上述三要素。

epingaixiao · 发表于 2011-8-23 14:41:20

拜读中，如果跳槽的话，会涉及做疲劳方面的分析。

linyizhangzhen · 发表于 2011-8-23 15:31:29

楼主写的很好，但是主干其实都知道的，主要是细节方面的处理，一个很简单的方面就是往往理论解到底可信度有多高。

zhangpengwei · 发表于 2011-8-24 10:57:12

回复 14# linyizhangzhen

你这个问题涉及到可靠性的问题，疲劳与可靠性结合就能回答你的可信度的问题。

zhangpengwei · 发表于 2011-8-24 10:59:18

单纯的细节性问题，我不可能给你展开讲，这个涉及的理论很多，并不是所有的人都能理解的，只能靠自己去学习。

yxiangsong · 发表于 2011-8-24 14:25:57

初涉的疲劳，了解下

lichengye · 发表于 2011-8-25 18:42:30

楼主威武，请问一下平均应力修正方法一般用什么方法啊？有什么应用限制吗？很多书上都没有看到详细介绍
楼主能否指点一下

zhangpengwei · 发表于 2011-8-26 15:20:42

回复 18# lichengye

平均应力修正方法很多：
单轴疲劳一般用goodman、Gerber等方法（还有其他的，由于形势复杂工程中不常用）。
多轴疲劳一般用SWT、morrow方法。

ming19850618 · 发表于 2011-8-27 09:10:30

太感谢了！！

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