作业 A12 疲劳
Shape Finder 作业 A12 目标 目标 : 目标在于完成一个连杆模型的疲劳分析 (ConRod.x_t). 具体地, 我们将分析两个载荷环境 (environments): 1) 4500 N 的恒定振幅载荷 Fully Reversed ;2) 4500N 的任意载荷. 8-2
Shape Finder... 作业 A12 起始页 从发射台进入 DS. 8-3 选择 Geometry > From File... 打开文件 ConRod.x_t. 当 DS 启动后, 点击右上角 X 关闭向导菜单.
作业 A12 过程 改变单位为公制 metric (m, kg, Pa ). 1. Units > Metric (m, kg, Pa, C, s) 确认材料设置为结构钢 Structural Steel. 2. 在 geometry 栏点击 Part 1. 3. 如果不是, 那么点击 Material 并 browse. 2. 1. 3. 8-4
Shape Finder... 作业 A12 过程 4. 选择 Structural_Steel 材料, 然后点击 [Open]. 8-5 4.
Shape Finder... 作业 14 过程 8-6 施加如下边界条件 ( 看下页 ):
Shape Finder... 作业 A12 过程 5. 点击环境 Environment 栏. 8-7 6. 点击连杆表面显示 7. 插入一个力载荷. RMB > Insert > Force 8. 从 detail 窗口改成 Components 并使 Z = - 4500 N. 6. 7. 8. 5.
... 作业 A12 过程 9. 点击环境栏 Environment. 10. 点击连杆表面显示 11. 插入一个圆柱壳支撑. RMB > Insert > Cylindrical Support 从 Details of Cylindrical Support 窗口 : 12. 设置 Radial= Fixed, Axial= Free, Tangential= Free 10. 9. 11. 12. 8-8
Shape Finder... 作业 A12 过程 8-9 13. 点击环境栏 Environment. 14. 点击连杆表面显示 15. 插入一个固定支撑. RMB > Insert > Fixed Support 15. 14. 13.
Shape Finder 16. 17. 8-10 作业 A12 求解设置 向 solution( 求解 ) 添加结果 : 16. 点击 solution 栏. 17.RMB > Insert > Stress > Equivalent (von Mises). 18.RMB > Insert > Deformation > Total. 18.
Shape Finder 19. 8-11 作业 A12 求解设置 插入 fatigue tool: 19. 点击 solution 栏. 20.RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Tool. 20.
作业 A12 求解设置 从 Details of Fatigue Tool 窗口 : 21. 定义疲劳强度因子 (Fatigue Strength Factor) (Kf) 为 0.8 ( 描述的材料数据表示光滑试件和在役构件 ). 22. 定义对称循环载荷 (fully reversed loading) 以建立交互应力循环. 23. 定义应力寿命疲劳分析 ( 由于是全反载荷 (fully reversed loading) 而不是平均应力, 所以不需要平均应力理论 ). 24. 定义 Von Mises 应力以便和疲劳材料数据比较. 21. 22. 23. 24. 8-12
作业 A12 求解设置 向 Fatigue Tool 添加结果 : 25. 插入 Safety Factor ( 安全系数 ): RMB > Insert > Fatigue > Safety Factor. 从 Details of Safety Factor 窗口 : 26. 设置设计寿命 Design Life 为 1e6 循环次数. 25. 26. 8-13
作业 A12 求解设置 向 Fatigue Tool 添加结果 ( 续 ): 27. 插入 Fatigue Sensitivity ( 疲劳敏感性 ): RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Sensitivity 从 Details of Fatigue Sensitivity 窗口 : 28. 定义一个最小基本载荷变化幅度为 50% ( 一个 2250N 的交互应力 ) 和一个最大基本载荷变化幅度为 200% ( 一个 9000N 的交互应力 ). 28. 27. 8-14
Shape Finder 29. 8-15 作业 A12 求解设置 向 Fatigue Tool 添加结果 ( 续 ) : 29. 插入 Biaxiality Indication : RMB > Insert > Fatigue > Biaxiality Indication Solve( 求解 )
Shape Finder 作业 A12 结果 8-16 查看结果 点击并画出总体变形 Total Deformation.
Shape Finder 作业 A12 结果 8-17 点击并画出等效应力结果 Equivalent Stress.
作业 A12 结果 点击并画出对于设计寿命为 1e6 的循环次数的安全系数 Safety Factor. 8-18
作业 A12 结果 点击并画出关于一个最小基本载荷变化幅度为 50% 和一个最大基本载荷变化幅度为 200% 的疲劳敏感性结果 Fatigue Sensitivity. 8-19
作业 A12 结果 找出最大基本载荷变化幅度为 400% 的百年化寿命的敏感性, 注意, 必须重新计算以得到新的敏感性结果. 8-20
作业 A12 结果 点击并画出双轴指示结果 Biaxiality Indication. 注意, 接近危险区域的应力状态接近单轴的 (.1~.2), 因为材料特性是单轴的. 回想, 一个 0 biaxiality, 与单轴应力一致 ; 为 -1 时, 为纯剪切 ; 为 1 时为纯双轴状态. 8-21
作业 A12 求解设置 插入第二个 fatigue tool 以分析 4500N 的任意载荷. 假设我们具有从构件试验获得的应变评估结果, 并且知道平谷结果中的 200 与施加的 4500N 的载荷想对应 : 30.Highlight the solution branch. 31.RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Tool. 30. 31. 8-22
作业 A12 求解设置 从 Details of Fatigue Tool 2 窗口 : 32. 定义一个疲劳强度因子 ( Fatigue Strength Factor) (Kf) 为 0.8 ( 描述的材料数据表示光滑试件和在役构件 ). 33. 定义疲劳载荷, 源自一个比例历程, 选择包括应变评估结果的在时间范围内的比例历程文件 ( 浏览并打开 SAEBracketHistory.dat 文件 ). 32. 34. 定义比例系数为 0.005( 我们必须规范化载荷历 33. 程, 以便使 FEM 载荷能够与载荷历程文件中的比 34. 例系数匹配 ): 1FEM load 1000lbs 1000lbs = 200 strain gauge 1FEM load =.005 200 strain gauge 8-23
作业 A12 求借设置 从 Details of Fatigue Tool 窗口 ( 续 ): 35. 定义 Goodman 理论以计算贫乏军应力影响. 36. 定义 signed Von Mises 应力, 用于和疲劳材料数据进行比较 ( 使用 signed 是由于 Goodman 理论处理负的和正的平均应力形式不同 ). 37. 定义 bin size 为 32 ( 雨流 Rainflow 和损伤矩阵 Damage matrices 是 32x32). 35. 36. 37. 8-24
作业 A12 求解设置 向 Fatigue Tool 2 添加结果 : 38. 插入寿命 Life : 1. RMB > Insert > Fatigue > Life 39. 插入安全系数 Safety Factor : RMB > Insert > Fatigue > Safety Factor 从 Details of Safety Factor 窗口 : 40. 设置设计寿命 Design Life 为 1000 次循环 s. 38. 39. 40. 8-25
作业 A12 求解设置 向 Fatigue Tool 添加结果 ( 续 ): 41. 插入疲劳敏感性 Fatigue Sensitivity : RMB > Insert > Fatigue > Fatigue Sensitivity 从 Details of Fatigue Sensitivity 窗口 : 42. 定义一个最小基本载荷变化幅度为 50% ( 交互应力为 2250N) 和一个最大基本载荷变化幅度为 200% ( 交互应力为 9000N). 42. 41. 8-26
作业 A12 求解设置 向 Fatigue Tool 添加结果 ( 续 ) : 43. 插入双轴指示 Biaxiality Indication : RMB > Insert > Fatigue > Biaxiality Indication 44. 插入雨流矩阵 Rainflow Matrix : RMB > Insert > Fatigue > Rainflow Matrix 43. 44. 8-27
作业 A12 求解设置 向 Fatigue Tool 添加结果 ( 续 ): 45. 插入损伤矩阵 Damage Matrix : RMB > Insert > Fatigue > Damage Matrix 从 Details of Damage Matrix 窗口 : 46. 设置设计寿命 Design Life 为 1000 次循环. 45. 46. 求解 solve 8-28
Shape Finder 作业 A12 结果 8-29 查看结果 点击并画出寿命结果 Life.
作业 A12 结果 点击并画出设计寿命为 1000 次循环的安全系数 Safety Factor. 如果载荷历程与构件一个月时间的经历一致, 那么损伤和 FS 就和设计寿命的 1000 次循环一样. 注意, 尽管计算只有 112 载荷块的寿命, 但需要的比例系数只有 0.64 达到 1000 载荷块 ( 由于 FS @ 1000=.64). 注意, 比例系数是为了使其满足 1000 月寿命的比例系数. 8-30
作业 A12 结果 点击并画出最小基本载荷变化幅度为 50% 和最大基本载荷变化幅度为 200% 的疲劳敏感性结果 Fatigue Sensitivity. 8-31
Shape Finder 作业 A12 结果 8-32 点击并化除双轴指示结果 Biaxiality Indication.
Shape Finder 作业 A12 结果 8-33 点击并输入雨流阵列的结果 Rainflow Matrix. 这里, 可以从雨流矩阵看出, cycle counts 决大多数是在低平均应力和低应力幅 (reange) 下的.
Shape Finder 作业 A12 结果 8-34 点击并画出损伤矩阵结果 Damage Matrix. 尽管, 从前面的滑移, 大多数分值 (counts) 是针对低 mean 和 range bins 的, 但这些并不在危险位置造成最大的损伤, 可以从该损伤矩阵中看到. 但 中间 应力幅循环在危险位置造成最大的损伤.