UTS对脆性和塑性材料取法不同吗？

apprent · 发表于 2009-4-22 16:02:42

本帖最后由 apprent 于 2009-4-23 12:03 编辑

在王国军、胡仁喜、陈欣的《nSoft疲劳分析理论与应用实例指导教程》中看到如下内容——

S-N曲线可以由材料强度近似估计，对于高强脆性材料，极限强度Su取为极限抗拉强度；对于延性材料，Su取屈服强度。

然而在MSC.Fatigue文档中，我没有找到这句话。
MSC.Fatigue文档中使用的是UTS，从字面上理解，正是极限抗拉强度（ultimate tensile strength）。似乎没有提到屈服强度。

那么，“对于延性材料，Su取屈服强度”这句话是否有根据呢？
对于常见的钢材，在Fatigue中建立近似的S-N曲线时，UTS到底应该取抗拉强度呢还是屈服强度呢？

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ps：给最近发的几个相关帖子做个链接
http://forum.simwe.com/thread-875142-1-1.html
http://forum.simwe.com/thread-876186-1-1.html

ousyoubu · 发表于 2009-4-22 18:05:54

楼主的问题是连续体材料静强度设计的基本方法：
塑性材料的强度安全条件是不发生塑性变形，所以选取屈服强度；高强度钢或脆性材料几乎没有塑性，所以往往是不发生塑性变形的情况下而直接断裂，所以强度安全条件选取极限抗拉强度，也叫拉伸强度、断裂强度等。

apprent · 发表于 2009-4-22 21:39:15

本帖最后由 apprent 于 2009-4-22 22:05 编辑

2# ousyoubu

谢谢版主的回复。你的意思我是理解的。那是基础的材料力学知识。
材料力学教材上一般使用σb和σs，
σb——抗拉强度
σs——屈服强度
塑性材料和脆性材料以延伸率来区分，延伸率大于5%视为塑性，小于5%视为脆性。
查了一下手册确认，我所要考虑的45钢和合金钢都属于塑性材料。

或许我所问的“生成近似S-N曲线”的问题在各位研究疲劳问题的大大们看来是没有多大意义的，因此没必要深究……

不过我确实有此疑问——
比如我要处理45钢的数据，σb和σs同时存在；

（一）
按照王国军nSoft书的说法，极限强度应该取屈服强度，轴向拉压的疲劳极限为
Sf=0.35*Su=0.35*σs

（二）
按照赵少汴抗疲劳设计书，拉压的疲劳极限为
σ-1(拉压)=0.85*σ-1(弯曲)=0.85*0.5*σb=0.425*σb
书中指明了σb即为抗拉强度，同于一般的材料力学书中的定义

（三）
MSC.Fatigue文档中使用的是UTS，应该是同于σb，PFMAT界面中另有输入框提示YS（Yield Stress）σs，按此说法，则拉压的疲劳极限为
0.357*UTS=0.357*σb

如此看来，三者的说法有分歧了……

apprent · 发表于 2009-4-22 22:24:30

PFMAT中理想化S-N曲线的生成过程如下：

用户选择材料类型Material Type（PFMAT提供了50多种材料类型，如图），
用户给出UTS和E，选中“从UTS生成所有的参数”；
S-N数据页中，根据上面的三个参数，PFMAT会给出SRI1、b1、Nc1、b2等参数值，
这里的b1跟Material Type有关，SRI1是根据SRI3和b1反推出来的，SRI3=2*SAI3=2*0.9*UTS，
用户可以对这里的参数进行自己的修正。

SRI——Stress Range Intercept，应力变程截距；
SAI——Stress Amplitude Intercept，应力幅截距；
SRI1——在N=1纵轴上的应力变程截距值；
SAI3——在N=1000纵轴上的应力幅截距值；

ousyoubu · 发表于 2009-4-23 12:36:03

本帖最后由 ousyoubu 于 2009-4-23 12:41 编辑

楼主，

不好意思因时间关系，上次没太仔细看你贴图的内容，刚才比较仔细地看过了。现在就你1#、3#的问题进行一下交流。后面的内容还没有来得及看。
一个国际公认的经验规律是：疲劳极限与抗拉强度σb成正比关系，而且几乎为比例关系，即截距接近为零。但不同强度等级的钢材的这个比例常数不同，而且同种钢材在不同应力状态（如楼主所列拉压、扭转等等）下的比例常数也不同。又由于这个比例常数是试验得来的，所以不同资料里的数据又有不同。
相比之下，比较少见论述疲劳极限和屈服强度 σs之间有什么比例关系的。如果疲劳极限与抗拉强度成比例关系，则一般情况下就很难再与屈服强度成比例关系了。因为，即使在同样一个强度级别，由于钢种和热处理工艺的不同，它的屈强比σs/σb也是不同的。而且，更重要的是，有国外著名疲劳学者专著专门论述过，未见疲劳强度与屈服强度有和明显的比例关系。并进一步指出，尽管疲劳裂纹时由于局部屈服反复滑移因此的，但奇怪的是疲劳极限与屈服极限没有直接的关系，原因待今后进一步考究。
但有一点需要指明，无论如何疲劳极限是不会超过屈服强度的。所以有修正的古德曼疲劳极限图。但尽管如此，也没见哪个大师说过疲劳极限与屈服强度有何比例关系。估计楼主所说有关软件的观点，可能是考虑到疲劳极限不超过屈服强度、又考虑一定的钢种和热处理工艺范围内屈强比近似为常数，所以有此结论吧。
鉴于以上原因，不同资料、不同软件，会出现不同的观点是正常的。关键在于做选择时，要考虑它的使用范围或者前提条件是否符合自己的情况。

apprent · 发表于 2009-4-23 14:20:37

谢谢版主的耐心解答。论坛中有您这样既有专业高度又有责任心的版主实乃幸事。

看了版主给出的解释我就比较清楚了，我的初步结论是王国军书中的这句话不正确——
“（S-N曲线可以由材料强度近似估计，）对于高强脆性材料，极限强度Su取为极限抗拉强度；对于延性材料，Su取屈服强度。”

除去这句话不看，综合三份材料中的理论，其实是基本一致的。数据也基本能对上。
其中以赵少汴书中的图2-4的描述最为详细严谨。

而在我实际操作中，我用的是MSC.Fatigue中的PFMAT的参照数据：

① 如4#所述，比如我的材料是45钢，查询PFMAT材料库中的材料类型号（Material Type），找到18号材料（Quenched & tempered plain carbon wrought steel, 0.4-0.7% carbon (QTPCWS47)）与45钢比较接近，则选择之，
那么，N=1e3~1e6段S-N曲线的斜率就被给定了（由PFMAT根据材料类型号18给出）；

② 给定UTS，即σb，那么N=1e3的疲劳强度就确定了，使用的是SAI3=0.9*UTS；

③ 实际上此时S-N曲线就确定了，或者说第一段（1e3~1e6段）已经确定了。
用户可以根据需要修改/设置转折点Nc1，第二段的斜率b2等等。
当然也可以对第一段的斜率b1或SAI3（通过SRI1）进行修正。

18号材料（Quenched & tempered plain carbon wrought steel, 0.4-0.7% carbon (QTPCWS47)）给出的b1=-0.1339。
我验算了一下，比赵少汴书图2-4给出的几个模型的斜率更小（绝对值更大，S-N曲线第一段更陡峭），更保守。

ousyoubu · 发表于 2009-4-23 18:31:44

本帖最后由 ousyoubu 于 2009-4-23 18:34 编辑

楼主很钻研善学，赞同楼上的理解，并以为也有作为别人借鉴的价值，故加分若干，

。
至于王国军的书，我没看过。既然著书，应该对疲劳方面还是蛮有造诣的，理应熟知这个基本规律。但为何要提出塑性材料要取屈服极限？是不是另有原因或研究成果做依据？

apprent · 发表于 2009-4-23 20:32:03

既然版主提到了对著书者的疑问，我也就多说两句。
其实我感觉这本书是只能用作软件入门用的，只能用作快速地对具体的软件做简单的了解，因为全书基本就是翻译的软件文档。在CAE的圈子里，这样出书的实在是很普遍了。当然这种书也不是毫无价值，应该说对于软件的普及还是有作用的。相信大多数人第一次接触软件时都少不了要看看这种书的。
只是有些作者的态度实在让人难以恭维，我见过与该书同属“三维书屋工作室”的“计算机辅助分析实例指导丛书”系列的一本讲patran/nastran的书，其中发现了不少大段大段复制粘贴的内容（因为是雷同的例子和操作过程），甚至粘贴后明显需要修改的具体参数都忘了改一下……很无语。

像我这样从工程项目中开始接触疲劳问题的人，之前是根本没有相关的理论基础的，因此可以说是从软件入门的，因此MSC的一本讲Fatigue的书（其实也是翻译的MSC.Fatigue的文档）是翻看最早也最多的了。应该说Fatigue的英文文档还是编排很不错的资料，翻译成中文出书时其质量多少还是会打些折扣，很多时候必须要中英文对照来看。只是很惭愧，一直没有认真地把文档全文翻一遍，往往是在断章取义。后来在书店中发现了有这本讲nSoft的书，觉得还是应该拿回来翻一翻。说实话还是有些用处的，主要是让我知道了一些问题、概念的存在。
当然现在看来，只看这种翻译软件文档的书肯定是不够的，还是必须翻看一些教材类的资料补充基础知识。对这些书，也得批判地去看，不能全盘接收。

fly306 · 发表于 2009-4-27 15:03:12

看了几位高手的讨论，学到了不少知识，觉得自己思考问题的方式就很肤浅，考虑问题的方式不够深入。

masher · 发表于 2009-5-4 22:24:31

本帖最后由 masher 于 2009-5-4 22:26 编辑

nsoft和msc fatigue都是ncode的产品，两个的原理应该是一样的。
补充：
msc fatigue是ncode和msc合作的产品。主要由ncode提供技术支持。

apprent · 发表于 2009-5-5 19:41:20

本帖最后由 apprent 于 2009-5-5 19:42 编辑

不过确实又发现了其他的疲劳极限近似计算方法——
σ-1≈0.27*(σb+σs)
τ-1≈0.156*(σb+σs)

ps:
10# masher
似乎目前大多数的商业软件的疲劳部分都是nCode提供的吧。所以确实MSC.Fatigue和nSoft的资料可以互相参考使用。
另外可能就是LMS的疲劳分析用的是Falancs，似乎也是一个比较经典的疲劳计算程序，不过没什么了解。

xzhhust · 发表于 2011-4-3 11:42:02

各位高人的讨论让我受益非浅。

vesn · 发表于 2015-11-6 20:13:02

支持支持支持！！

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