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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。

1、介绍

    金属结构和零件的疲劳是工业中的一个重要课题。疲劳造成了历史上80%的灾难性失效。即使在今天,对于工程师来说,疲劳分析仍然是一个重要且具有挑战性的问题,特别是那些设计飞机,铁路车辆,汽车,钢桥,压力容器和起重机等结构的人。

    从971 R6版本开始,LS-DYNA提供了一系列频域疲劳求解器,它们包括随机振动疲劳(*FREQUENCY_DOMAIN_RANDOM_VIBRATION_FATIGUE)和SSD(稳态动力学)疲劳(*FREQUENCY_DOMAIN_SSD_FATIGUE)。它们已成功用于某些工业问题。

    有时用户需要在时域中进行疲劳分析。例如,由于循环热负荷,他们可能需要研究枪管的生命周期。另一个例子是飞机涡轮叶片的疲劳,其由合金制成并且承受高温和高气压的组合负载。在这些情况下,结构承受高载荷,并且可以观察到材料塑性变形。因此,使用低周疲劳标准并解决时域问题是合适的。为了解决这些问题,LS-DYNA也开发了时域疲劳求解器。引入了新的关键字*FATIGUE来运行时域疲劳计算。该关键字为用户提供了在LS-DYNA中进行瞬态分析后进行疲劳和耐久性分析的机会。瞬态分析为疲劳分析提供应力或应变循环,可以是线性的或非线性的,可以使用各种材料模型(弹性,塑性......),以及各种不同的负载条件(热,机械,...)。

    频域和时域中的疲劳分析结果在二进制数据库D3FTG中提供。LS-PrePost可以很容易地读入这个数据库。

    本文提供了一些实例来演示LS-DYNA的疲劳分析能力,并展示了如何将这些频域或时域疲劳求解器用于解决不同的问题。本文中提到的一些例子已在之前的文章或报告中介绍过。

2、疲劳分析的后处理及数据库

    疲劳分析结果保存在二进制数据库D3FTG中,关键字*DATABASE_FREQUENCY_BINARY_D3FTG用于激活D3FTG数据库的输出。目前,即使是时域疲劳分析,也会使用此关键字。LS-PrePost可以轻松访问D3FTG。D3FTG的典型GUI如图1所示。对于随机振动疲劳分析,D3FTG提供以下结果:

    1.Cumulative damage ratio(累积损伤率)

    2.Expected fatigue life(预期的疲劳寿命)

    3.Zero-crossing frequency with positive slope(具有正斜率的过零频率)

    4.Peak-crossing frequency(过峰频率)

    5.Irregularity factor(不规则因子)

    6.Expected fatigue cycles(预期的疲劳周期)

LS-PrePost中疲劳分析结果的GUI

图1 LS-PrePost中疲劳分析结果的GUI

    对于基于*FREQUENCY_DOMAIN_SSD的疲劳分析和时域疲劳分析,D3FTG中仅提供cumulative damage ratio(累积损伤率)。其他其他结果均为零。

    关于疲劳分析结果的后处理的更多细节可以在中找到。

责任编辑:程玥
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