疲劳分析-Fatigue Tool很实用

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背景

ASTM标准对疲劳的定义：The process of progressive, localized, permanent structural change occurring in a material, subjected to conditions that produce fluctuating stresses and strains at some point or points and that may culminate in cracks or complete fracture after a sufficient number of fluctuations.

1）疲劳是累积发展的过程；

2）疲劳必须有交变载荷；

3）疲劳发生在局部位置；

4）疲劳对结构产生永久性影响；

5）疲劳最终由于裂纹的发展而导致失效；

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Fatigue Tool

疲劳分析是很复杂的问题，存在专业的工具，比如ANSYS平台下有nCode DesignLife。其实ANSYS Mechanical自身也提供了简易的疲劳分析工具-Fatigue Tool，如下图所示。

本文主要介绍和载荷相关的两个属性：载荷类型和 平均应力修正理论 。

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载荷类型

Fatigue Tool中提供了如下载荷类型。

Fully Reversed。交变载荷为正弦变化，最大值和最小值大小相等方向相反。

Zero Based。交变载荷为正弦变化，最小值为0。

Ratio。交变载荷为正弦变化，最小值与最大值的比值由用户自定义。

History Data。交变载荷取决于读取的载荷文件。

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平均应力修正理论

Fatigue Tool中提供了如下平均应力修正理论。

初次接触疲劳分析的用户可能不太理解平均应力修正。

以下五张图表达的是材料的某寿命下应力幅随交变载荷平均应力的变化规律。纵坐标为材料的某寿命下的应力幅，横坐标为0表示交变载荷的平均值为0；0位右侧Yeild表示交变载荷的平均应力值为材料的屈服强度(拉)，右侧Ultimate表示交变载荷的平均应力值为材料的强度极限(拉)；0位左侧也有类似的Yeild(压)和Ultimate(压)，只是没有标记.

不修正

Goodman，受压不修正(截止于强度极限)，受拉按强度极限线性修正

Soderberg，受压不修正(截止于屈服强度)，受拉按屈服强度线性修正

Gerber，受压和受拉都按强度极限非线性修正

ASME，受压不修正(截止于屈服强度)，受拉按屈服强度非线性修正

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总结

相比专业的疲劳分析工具，Fatigue Tool是非常简易的，使用门槛低，并且考虑了对疲劳性能有主要影响的因素，所以具有很大的实用价值。平均应力修正理论可能有点费解，所以本文对此作了详细说明。