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基於應力和應變進行高周和低周循環疲勞分析的軟體

許多不同結構和應用的疲勞分析

當對結構反復施加和卸除負載時,結構可能會由於材料疲勞而在低於靜態極限的負載下失效。在 COMSOL Multiphysics 環境中,可以利用疲勞模組,即結構力學模組的附加模組,來執行虛擬疲勞分析。通過基於應力和應變的臨界面方法,您可以使用高周或低周疲勞測試方法進行計算。在涉及非線性材料的應用中,您可以使用能量法或 Coffin-Manson 類模型來模擬熱疲勞。在處理可變負載時,可以通過負載歷史和疲勞極限來計算累積損傷。模組可以模擬實體、板、殼、多體、涉及熱應力和變形的應用,甚至壓電器件中的疲勞負載循環。 當計算表面下或由表面引發的疲勞時,您可以在域、邊界、線和點上進行疲勞計算,以提高計算效率。

 

疲勞曲線

當通過傳統的方法分析疲勞,應力或應變振幅涉及通過疲勞曲線疲勞壽命。應力壽命和應變壽命模型提供的,其中的疲勞曲線可以以各種方式來定義的方法的集合。這些模型適合比例加載時,例如,一個單一的負載兩個值之間振盪。可以解決與含經典SN曲線,Basquin模型,以及一個近似SN曲線的應力壽命模型高循環疲勞。你可以讓低週疲勞預測使用含有EN曲線,棺材曼森,並結合Basquin和棺材 - 曼森模型的應變 - 壽命模型。

基於應力和基於應變的臨界面模型

臨界面模型會在發生疲勞的位置查找最有利於裂紋生成與發展的面。在疲勞分析模組中,這些臨界面模型對於基於應力和基於應變的模型均可用。在高周循環疲勞求解域中,塑性是非常有限的,通常使用基於應力的模型。在疲勞分析模組中,它們通過Findley、法向應力和 Matake 準則計算相對於疲勞極限的疲勞使用因子。

 

基於應變的模型在定義臨界面時會計算應變,或同時計算應變與應力。確定臨界面之後,它們會預測發生破壞的循環數。疲勞分析模組具有 Smith-Watson-Topper (SWT)Fatemi-Socie  Wang-Brown 模型。這些模型通常用於大應變的低周循環疲勞分析。Neuber 法則和 Hoffmann-Seeger 方法可在快速線性彈性模擬中近似考慮塑性的影響。此外,在使用非線性力學模組時,還可以考慮全彈塑性疲勞循環分析。

累積損傷分析

隨機負載會在結構中施加一系列不同大小的應力。在疲勞分析模組中,累積損傷分析不僅可以識別應力歷史中的全部變化趨勢,而且還可以計算每個趨勢的累積損傷。應力歷史可以通過主應力或 von Mises 應力進行計算,其符號由主應力或流體靜力學應力決定。然後,使用 Rainflow 計數算法處理負載歷史,並使用 Palmgren-Miner 線性破壞模型計算破壞。值的影響通過 S-N 曲線考慮。

 

當隨機負載分析中的負載事件數量很大時,負載循環模擬會很耗時。如果模擬中不存在非線性效應,則可以極大地節省時間。在這種情況下,可以通過疊加方式來描述應力週期,這項功能可以在累積損傷分析中選擇。利用這種技術不僅可以節省計算時間,而且可以極大地減小疲勞模型所需的存儲空間。

熱疲勞

溫度改變產生的材料膨脹或收縮會引起應力集中和應變積累,導致破壞。疲勞模組提供了一系列進行熱疲勞模擬的工具。熱負載循環可以使用熱應力、焦耳熱和熱膨脹介面來模擬。熱疲勞破壞可以使用幾種疲勞模型來進行評估。對於非線性材料,包括Coffin-Manson模型和基於能量的Morrow  Darveaux關係式。除了非彈性應變或耗散能量的可用選項,用戶還可以修改疲勞計算模型,在計算疲勞時評估應變或能量表達式。

 

疲勞結果可視化

疲勞分析模組會計算發生破壞時的循環數以及疲勞使用因子。在累積損傷模擬中,所施加隨機負載的應力分佈可以與相對使用因子一起顯示。模擬會顯示特定疲勞負載對整體疲勞使用因子產生的作用,在這種情況下,它被視為破壞。應力分佈以應力大小和平均應力的函數形式表示。