疲劳分析中10个常见错误

Claudia

如今随着有限元分析软件的蓬勃发展，疲劳分析也成为了一种常用的预测结构耐久性能的有效手段，虽然从本质上说，对于疲劳的仿真分析还达不到像刚度，强度等分析的精确度，但对于目前工程开发来说能够识别大部分的结构设计问题，从而消除潜在的耐久失效风险，特别是汽车研发领域的广泛使用，大大的降低了开发成本和开发周期。由于疲劳分析的理论是在不断的完善之中，对于疲劳理论的各种修正体系或者参数数不胜数，各家各派都有各自的特长及使用范围，本文就一般分析中可能的错误进行了总结，以供大家参考：

1. 使用SN曲线进行低周疲劳分析
裂纹的萌生是由应变的变化引起的，其在弹性区间与应力是线性变化关系；
因此，SN曲线只适合应力循环是线弹性的情况，而EN曲线则对低周和高周疲劳均适用

2. 误解一个循环（或周期）的定义
裂纹的萌生和扩展是由周期性载荷引起的，恒值应力不会促使裂纹的萌生和扩展。
一个循环（或周期）一般通过下面其中一对参数定义：
  · Smax和Smin
  · Sa和Smean
  · ΔS和Smean

3. 混淆应力幅值和应力范围
  · 不是所有的SN曲线图都一样，有一些SN曲线的纵坐标可能标注着下面所示的标签：
      最大应力
      应力幅值
      应力范围

  · 在计算的时候忽视这些差异会导致损伤结果的巨大错误，幸运的是，软件中对这些不一致性可以进行很好的管理

4. 忽略平均应力，预应力，装配应力
  · 平均应力是影响疲劳的第二大因素：
      拉伸平均应力对寿命是有害的
      压缩平均应力对寿命是有益的
      静载情况诸如螺栓压紧对非零平均应力能产生显著的贡献

  · 常用平均应力修正方法：
     SN：Goodman或者Gerber
     EN：Morrow或者SWT

5. 假设简化载荷
  · 定幅值或者块循环载荷或许是唯一可用的载荷数据
  · 然而使用测量获得的载荷数据更趋近精确的结果

  · 当使用互相关的多历程载荷时表现的更为真实

6. 混淆修正因子
  · 典型情况下，疲劳测试的的样件都是具有光滑的表面和简单的几何形状
  · 这些样件不像我们设计的零件那样包含表面特征，表面处理，几何结构等

  · 不要假设来自有限元或者应变片测试的应力与应力集中点相对应
  · 考虑修正系数如Kt，Kf，表面修正等

7. 忽略零件序列号码引起的疲劳
  · 看似无关紧要的序列号码也会导致疲劳问题
      包括雕刻、压花、蚀刻、冲压
      不同的手工序列号对疲劳有不同的贡献
      不同的数字恶劣程度也不一样（如0与1）

  · 对在高应力水平区域的小特征更应该重视
     他们可能在有限元中被忽略了

8. 不清楚失效标准
  · 有很多的失效标准我们需要考虑
      屈服，磨损，蠕变，疲劳等
      疲劳一般被描述为经历两个阶段：裂纹萌生和裂纹扩展
  · 该如何定义一个疲劳失效问题？
      汽车行业更倾向于把裂纹萌生作为失效的标准
      航天行业更倾向于把裂纹萌生和裂纹扩展作为失效的标准

  · SN和EN方法只是模拟了疲劳的第一阶段
  · 裂纹扩展方法只是模拟了疲劳的第二阶段

9. 假设焊接材料和母材的表现一样
  · 焊点是失效的常见位置
  · 热影响区域，材料性能弱化，残余应力，焊缝质量以及不连续的几何特征都会对焊点耐久产生影响
      对不同形式的焊接试样试验以获得这种贡献

      最好对焊接区域和母材单独附材料属性

10. 使用错误的应力修正方法
  · 要根据使用条件选用合适的应力修正方法

总之，对于疲劳分析来说，有些看似无关紧要的信息可能导致结果差别巨大，采用与需求相对应的分析方法理论才能得到可靠的结果，满足工程开发的需求。