疲勞分析(4)-應力組合方法

2021-01-14 CAE小二哥
在疲勞分析過程中，除了振動載荷外的其他所有載荷，分析引擎均會根據疲勞載荷創建應力張量歷程。為了進行疲勞計算，程序需要將這些應力張量轉換成標量值，然後與材料S-N曲線進行對比，從而進行損傷計算，得到材料疲勞壽命。

即：將有限元計算結果中的應力張量與材料S-N曲線標量應力進行等效轉換的過程稱為應力組合。其實現過程如下所示：


應力組合實現過程

常用的應力組合方法包括：

(1)AbsMaxPrincipal

(2)SignedVonMises

(3)SignedShear

(4) CriticalPlane

(5)MaxPrincipal

(6) VonMises

(7) Shear

一般情況下，一個應力張量有9個應力分量，考慮到對稱性，該矩陣減少為6個應力分量：

由於需要將有限元計算結果應力與材料S-N曲線應力進行等效轉換，因此選用一個不隨坐標系變換而變化的客觀評價量——主應力，三個主應力σ1≥σ2≥σ3。

下面針對上述應力組合方法進行總結。

1．AbsMaxPrincipal（最大主應力的絕對值）

2．SignedVonMises（帶符號的VonMises等效應力）

此方法可以依據主應力的正負有效反應出載荷歷程的正負性。

4． CriticalPlane（臨界面）

臨界面方法僅對2D平面進行標記，該方法通過雨流計數法在多個平面進行計算，是疲勞分析中應用較多的方法。


主應力在臨界面的轉換

每個面上的應力計算方法為：

其中，ф取值為0，10，20，30……170°。

5．MaxPrincipal（最大主應力）

最大主應力是最大的第1主應力，但是是當第1主應力幅值小於第3主應力時，該方法可能會導致錯誤結果。因此，不推薦使用。

該方法得到的應力結果始終為正值，無法評估壓縮載荷結果，因此也不推薦使用。

7． Shear（剪切應力）

該方法也未考慮應力的正負性，也不推薦使用。

總結：
1.有限元計算得到的應力張量在疲勞分析過程中是無法直接使用的，需轉換為一個標量值才能與材料S-N曲線進行對比，得到疲勞壽命結果，上述過程就是應力組合；
2.上述應力組合方法中，推薦使用第(2),(3),(4)方法，考慮相對較為全面，結果更為準確。


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