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LS-DYNA最新的疲劳分析进展

2019/3/27    来源:上海仿坤    作者:黄云  崔喆      
关键字:LS-DYNA  疲劳分析  
本文综述了LS-DYNA中疲劳求解器的最新进展。疲劳分析对金属结构和部件的设计和安全评估至关重要。

    3.5 基于应变的疲劳分析

    虽然许多结构和工程部件的设计使得应力和应变在正常工作载荷下是弹性的,但是由于局部应力集中会产生屈服,并导致裂纹萌生。基于应变的疲劳分析需要描述材料对循环弹塑性应变的响应,以及这些应变与裂纹萌生的疲劳寿命之间的关系。

    对于基于应变的疲劳分析,我们使用局部应变寿命方程

局部应变寿命方程

    如果在应力-应变循环计算中使用纯弹性材料(例如使用弹性有限元分析),则使用Neuber的规则将弹性应力/应变转换为局部真应力/应变

公式

    为了便于说明,我们考虑图21中所示的托架模型。托架由*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY建模。

收到正弦节点力激励的托架模型

图21 收到正弦节点力激励的托架模型

    托架模型约束在两个环上(图21中的红点)。在另一端施加正弦节点力F(t)以产生高频振动和应力-应变循环。节点力定义为

F(t)=5sin(1000t)N       (10)

    总加载时间为1秒。

    在这个例子中,材料的疲劳参数定义如下:

疲劳参数定义

    图22和23显示了在加载结束附近的下层和上层积分点的有效应变。计算出由正弦节点力引起的累积损伤比,并绘制在图24中。累积损伤比的峰值位置与最高应变值的位置匹配良好。图25显示了在负载附近具有最高有效应变值的单元的应变时间历程。

下层积分点的有效应变

图22 下层积分点的有效应变

上层积分点的有效应变

图23 上层积分点的有效应变

cumulative damage ratio分布

图24 cumulative damage ratio分布

单元526005上层积分点的有效应变时间历程

图25 单元526005上层积分点的有效应变时间历程

    结果表明,在观察到高应变值的下环(固定约束条件)旁边的区域存在较大的疲劳失效的可能性。

4、总结

    LS-DYNA已经实现了一些基本的频域和时域疲劳分析方法。对于频域疲劳分析,指数变量是应力,方法基于S-N曲线;对于时域分析,应力和应变都可以用作变量,因此可以使用S-N曲线和E-N曲线。结合LS-DYNA中的频域和时域振动求解器,这些疲劳分析方法为用户提供了对各种物理问题和负载条件进行整合的振动-疲劳分析的机会。

    现实生活中的疲劳问题很复杂。为疲劳问题提供更可靠和更强大的解决方案,需要进一步开发和改进。首先,需要更多的基准测试和验证来检查当前疲劳求解器的可靠性和准确性。其次,需要一种更全面的方法来考虑多轴应力/应变状态,以便更真实地模拟疲劳失效过程。目前的方法是基于将应力/应变张量简化为主要的标量值。这个方法可能导致过于乐观的寿命估计,特别是对于由于弯曲和扭转的组合而经历双轴/多轴应力的部件。第三,在时域疲劳分析中,为了显示疲劳累积损伤的演变,需要开发渐进式疲劳变化数据库。目前,D3FTG仅显示加载结束时的最终累积损伤率图,当裂缝开始时,用户可能会丢失一些重要的时刻。采用渐进式D3FTG,可以保持材料疲劳失效的动态过程,用户可以获得有关间歇性裂纹萌生和疲劳失效的更多信息。

责任编辑:程玥
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