Fatigue SolidWorks Simulation

Image courtesy of National Optical Astronomy Observatory, operated by the Association of Universities for Research in Astronomy, under cooperative agreement with the National Science Foundation.

Основи на изследванията за умора на материалите със SolidWorks Simulation

2 © 2006 SolidWorks Corp. Confidential.

При металите:

– Явление предизвикано от многократно повтарящи се натоварвания.

– Настъпва внезапно, без видими белези и деформации.

– Микро-пукнатини вследствие наличните дефекти в кристалната решетка

– Обикновено стартира от малки прорези или дефекти явяващи се концентратори на напреженията.

– Зависи от множество разнообразни фактори

Какво е умора?


Защо са важни анализи на умора?

Традиционно се използва правилото ‘Design for Strength’

В реалната работа натоварванията рядко са статични по своята природа – обикновено винаги има циклична промяна

‘Design for Life’ в комбинация с ‘Design for Strength’


Методи за предвиждане

Stress Life (SN) – Напреженията в конструкциите са под от границата на пропорционалност на

материала.

Strain Life (EN) – Напреженията, на които е подложена конструкцията са над границата на

пропорционалност на материала.

Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) – Поведение на микро-пукнатините.

В SolidWorks Simulation

се използва Stress Life

(SN) методът


Класификация - HCF и LCF умора

Високо-циклична Ниско-циклична

Ниски напрежения Големи напрежения

1000 – 106 цикъла 10 – 100,000 цикъла

Stress Life (S-N) метод Strain-Life (E-N) метод

Брой цикли на живот Възникване на пукнатини

Няма пластична деформация Големи пластични деформации


Напрежения

max

min

S

SR

2

1minmax SSSmean

2

1minmax SSSalt

Коеф. на асиметрия :

Средно напрежение:

Амплитуда:

minSmeanS

maxS

altS

0R0mean S

1R0mean S


S-N Криви

Множество образци,

подложени на физически

тестове

S-N Крива – Брой цикли

до повреда (N) за

различни напрежения (S)


S-N Криви в SolidWorks Simulation

Ръчно въвеждане или

импортиране на таблични данни

Материалите с

дефинирани SN

криви са

маркирани с (SN)


Линейна хипотеза за натрупване на повреди

Фактор на повреда ( C ) – за напрежение S1, животът е N1 цикъла.

Факторът на повреда за 1 цикъл на S1 е 1/N1

За L1 цикъла на S1 съответно C е L1/N1

Правило на Miner:

Повреда вследствие умора при C = 1.0.


Отрицателно Sm

Нулево Sm

Положително Sm

Брой цикли, logN 2*106

Напреж

ение

, lo

gS

a

време

sm< 0

sm= 0

sm> 0

Напреж

ение

, S

a

0

• Напреженията на опън

намаляват живота

• Напрежениета на натиск

имат лек положителен

ефект.

• Повечето S–N криви се

дефинират за Sm = 0

Ефект на знака на средното напрежение


0 0.5

1

0.5

1

-0.5

Soderberg

alt fatigue,

alt

S

S

ultimate

mean

S

S

yieldmean SS ultimatemean SS

1alt fatigue,

alt S

S

Goodman

Gerber

Методи за корекция при R ≠ -1

Gerber – пластични материали

Goodman – крехки материали

Soderberg – по-консервативен


Типове натоварвания

Константна

амплитуда

Случаен

характер


Обработка

Rainflow counting метод (най-популярен и широко използван)

Time


Съществуват множество фактори променящи

лабораторната S-N крива от спрямо реалния модел:

• Състояние на повръхнината ks

• Размери kl

• Тип на натоварването km

• Работна температура kt

• Достоверност на S-N кривата kr

• Концентратори kf

Сумарен фактор = ks * kl* km * kt * kr * kf

Фактори засягащи границата на умора


Изследвания за умора в SW Simulation

Едно или повече статични изследвания

– Материали със специфицирани SN криви

– Решение

Дефиниране на изследване на умора (Fatigue Study)

– Указване на характера на натоварването (константен или променлив)

– Натоварвания на база статичните изследвания

Едно или повече събития (повторения на съответните статични изследвания)

– Настройка на параметри:

Взаимодействие между циклите с различни напрежения

Корекции на напрежението (ако R ≠ -1)

Метод за калкулиране за амплитудата на напреженията

Фактор влияещ в/у границата на умора

– Резултати само върху повърхнината на модела или в обема

Решение и резултати


Резултати

2

1

Life plot:

Damage plot:

Factor of safety:

Biaxiality indicator: Дистрибуция на

Брой цикли на натоварване до повреда вледствие

умора.

Количеството живот, консумиран вследствие умора.

FOS<1 (наличие на повреда), FOS>1 (останал живот)

(σ3 е игнорирано)

Брой цикли на тест

Цикли живот до повреда Повреда =


Пример – константна амплитуда

Един милион цикъла

– Налягане от 6.9 Мpa

– Нагряване от флуида – 1500 W/ m2

Термично изследване за получаване разпределението на температурите

Статично изследване за получаване на

температурните напрежения

Статично изследване за получаване на

напраженията от налягането

Изследване на умора с две събития –

статичните излседвания

Fatigue SolidWorks Simulation

Documents

Transcript of Fatigue SolidWorks Simulation