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疲劳校核,仿真计算与公式计算的区别和联系!

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01        

     
疲劳对应力集中敏感      

    轴的失效绝大部分属于疲劳失效,而疲劳失效对应力集中比较敏感。


    在轴截面变化处,比如轴肩、环槽、横孔、键槽花键、过盈配合,都会产生应力集中,疲劳失效一般发生在这些位置。



    本文主要介绍如何将仿真校核方法和经典校核方法强强联合。换言之,如何在仿真校核中利用经典方法的成果和经验


02        

     
疲劳的经典计算公式      

    对于重要的轴,应该校核疲劳强度。


    在经典计算公式中,包含有效应力集中系数、表面质量系数、尺寸影响系数、平均应力折算系数。应力集中系数可以通过仿真计算出来,其他系数只能查表,无法直接仿真计算。


    所以仿真工程师要认识到仿真的独特性,正确看待仿真方法和经典方法的区别和联系。



03        

     
轴肩的应力集中      

    几何模型如下图所示,可以通过仿真计算获得倒圆角位置的应力集中系数。



04        

     
网格划分      

    为了方便逐级细化倒圆角的网格,采用四面体网格方案。



05        

     
局部应力的仿真解      

    网格粗疏下的局部应力。



    网格适中下的局部应力。



    网格细致下的局部应力。



    局部应力的收敛解。



06        

     
分析与总结      

    假设网格粗疏下的局部应力代表该处的名义应力(注意:在仿真中,网格越细致,应力集中体现就越充分。在粗疏网格下,应力集中体现不明显,所以这里只是假设)。


    该处的应力集中系数:

10.522/6.9942=1.5


    查阅相关资料,本文模型轴肩的有效应力集中系数约为1.55(当材料的抗拉强度为400MPa)。


    细心的读者发现,在理论上,应力集中系数和几何轮廓相关,和材料参数无关,但是下表的有效应力集中系数和材料的抗拉强度相关。


    确实如此,所以在疲劳计算中,有效应力集中系数和应力集中系数是有区别的,有效应力集中系数也称为疲劳缺口系数,一般会比应力集中系数略小





07       

     
问题探讨      

    在本文模型中,无论网格怎么划分,轴肩局部应力的仿真结果都会受应力集中影响,这是有限元方法决定的。


    请问读者有没有办法,在仿真分析中完全排除集中集中的影响,直接获得轴肩的名义应力。



   

来源:华仿CAE
疲劳理论材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-07-14
最近编辑:4月前
华仿CAE
硕士 致力于推广工程仿真技术
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