基础知识

疲劳失效

• 反复加载卸载过程中的失效问题

本质

• 微观裂纹在连续重复载荷作用下的不断扩展，直到裂纹达到临界尺寸时出现的突发性断裂现象
• 主要分为：裂纹萌生、裂纹扩展、断裂失效三个阶段

​

• 区域1：裂纹萌生区域，一般该区域非常小

• 区域2：裂纹扩展区域，裂纹呈现阶梯状

• 区域3：断裂失效区域，该区域的裂纹不光滑，表示该材料在该部分发生突发性断裂失效

高周疲劳

• 寿命高于10⁴的疲劳问题
• 对应的设计方法为应力寿命法，是最早形成也是最成熟的疲劳设计方法，它以材料或零件的S-N（应力寿命）曲线为基础，对照试件或者结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤累积法则，校核疲劳强度或计算疲劳寿命，SolidWorks simulation中采用应力寿命法对结构的疲劳问题进行分析计算
• 多数零件的设计寿命需要满足高周疲劳要求

低周疲劳

• 寿命低于10⁴的疲劳问题
• 对应的设计方法为应变寿命法

疲劳模块

• 用于预测结构的服役寿命
• 计算仅能得到零件的安全系数、损伤率和寿命三个结果

子模块

已定义周期的恒定高低幅度事件

• 用于对周期性载荷疲劳事件

可变高低幅度历史数据

• 用于对非周期性载荷疲劳事件进行分析

正弦式载荷的谐波疲劳

• 用于对动力学谐波问题疲劳事件进行分析

随机振动疲劳

• 用于对动力学随机载荷疲劳事件进行分析

周期性疲劳事件

周期应力波形

弹簧周期性疲劳事件

单一疲劳事件

• 拉伸弹簧一端固定，另一端承受一定量的轴向强制位移，弹簧材料为65Mn

• 考察拉伸1mm的条件下弹簧的寿命值

• 考察拉伸10mm的条件下弹簧的寿命值

• 考察拉伸20mm的条件下弹簧的寿命值

静态算例

• 节点207509处各工况下的应力值

疲劳算例

流程

• 步骤一：选择负载添加事件
• 步骤二：定义周期（已使用次数）和负载类型，并对算例进行关联
• 步骤三：选择拉伸弹簧，将疲劳数据应用到所有实体，疲劳S-N曲线中插值为线性，选择从材料弹性模量派生基于ASME碳钢曲线，并设置单位为N/mm²（MPa）
• 步骤四：选择单一疲劳事件右键属性设置对应参数
• 步骤五：求解

结果

• 生命：代表弹簧各个位置在当前载荷作用下的寿命，整个结构寿命最小的位置代表结构最容易失效的位置
• 损坏：代表弹簧各个位置的累计损伤因子。是一个百分比概念，当模型中某位置的顺坏大于100时，代表结构的该位置发生了疲劳失效
• 两者关系：

$$顺坏百分比 = 已使用次数 / 最小生命值$$