汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势概述课件

汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势张式程全德华人机电工程学会汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势张式程全德华人机电工程学会1汽车疲劳主要内容(分别见“疲劳耐久性-1,-2,-3”三个PPT文件)汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势1)目前疲劳分析所能达到的精度2）疲劳分析在汽车开发流程中的定位3）汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势4)疲劳耐久性技术究竟要解决什么问题（课堂讨论与问答）疲劳耐久性分析理论基础及关键技术1)疲劳寿命预测的基本理论2)等效应力选取原则与多轴疲劳分析3)疲劳目标值的设定4)整车CAE中的焊点焊缝模型5)焊点焊缝疲劳分析方法6)焊点焊缝疲劳试验设计7)能否以及如何建立一套适合自己产品的疲劳分析方法（课堂讨论与问答）汽车疲劳耐久性分析工具(软件软件)的选择1)汽车开发常用疲劳分析软件简介2)疲劳分析与其他分析(刚度,强度,振动,碰撞)的关系3)如何选择疲劳分析软件（课堂讨论与问答）2汽车疲劳主要内容(分别见“疲劳耐久性-1,-2,-3”三2汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势汽车耐久性道路试验汽车耐久性台架试验汽车零部件耐久性台架试验测试方法 分析方法

Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.0 3汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势汽车耐久性道路试验34

疲劳分析在汽车开发流程中的定位在第一阶段:评价各种设计方案是否满足疲劳耐久性要求.在第二阶段:尽早发现疲劳危险部位,及时采取措施,使样车顺利通过汽车耐久性台架试验和汽车耐久性道路试验.在第三阶段:发现前两个阶段漏判的局部问题还来得及改进,如果必须进行大的改动则说明疲劳耐久性分析尚须改进.第一阶段第二阶段第三阶段Source:AutomotiveCircleInternaionalConferrence,13-14March2007,BadNauheim,Germany4 疲劳分析在汽车开发流程中的定位第一阶段第二阶段第三阶段S45振动,碰撞等疲劳分析与其他分析(刚度刚度,强度强度,振动碰撞等)的关系Source:EuroCarBody2007,16-18Oct.2007,BadNauheim,Germany5振动,碰撞等疲劳分析与其他分析(刚度刚度,强度强度,振动5耐久性设计目标设定与分解

汽车设计(或希望保证)的使用寿命,例如30万公里 汽车在耐久性道路试验场上的行使里程,例如2000公里

•不同路况(市郊,乡间,越野) •非正常情况(压路边障碍物) •潮湿腐蚀路面 汽车在耐久性道路试验场上行使过程中记录各种工况下的有效疲劳载荷路谱(每种工况记录一定时间) 排列组合不同路谱,压缩无效成份为 零部件与整车台架加速试验提供试验载荷

虚拟路面汽车多体动力学模型 为耐久性计算或 试验提供虚拟路谱

汽车耐久性疲劳计算,输出损伤值D各环节之间需要大量经验积累,并无严格的定量关系.

6耐久性设计目标设定与分解 •不同路况(市郊,乡间61)2)3)4)5)目前疲劳分析所能达到的精度非常满意的精度:损伤值1<D<10例如,如果根据经验可以确定如下当量关系:30万公里正常使用寿命大致相当于2000公里汽车耐久性道路试验行使里程,而针对2000公里汽车耐久性道路试验行使里程的疲劳耐久性计算得出的被试验证实的疲劳破坏部位的损伤值D大约在1.0和10之间.达到上述精度往往需要多年的经验积累以及根据经验反复的修正.如何改进精度?检查是否存在系统误差,如是可以将过大或过小的损伤值通过一个系数修正到1.0和10之间.全面检查疲劳耐久性计算的各个环节,特别是边界条件.在这个过程中可通过敏感性分析计算确定哪些因素有较大影响.对疲劳耐久性分析而言经验非常重要,和有经验的计算工程师和疲劳试验工程师深入讨论往往很有帮助.有时也不能排除试验中的错误(人们一般怀疑计算结果而很少怀疑试验结果),经常标定试验设备很重要.计算与试验有机结合:试验前用计算帮助设计试验,试验后用测量结果验证计算.71)2)3)4)5)目前疲劳分析所能达到的精度非常满意的精度7疲劳计算主要环节

单位载荷作用下线弹性静载应力计算 (获得应力分量和单位载荷的关系)

载荷谱(实际载荷与时间的关系)

线性叠加原理 找出最大等效应力 (危险截面上的最大正应力或最大剪应力) 对于尖锐缺口附近应力过高等情况 通过考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平 用Neuber修正将线弹性最大等效应力 转换成最大线弹性最大等效应力应变计算疲劳损伤参量变(例如Pswt)同时考虑平均应力的影响试验测定的材料疲劳特性曲线 (S-N曲线或应变E-N曲线以及 循环应力应变曲线)计算疲劳损伤积累(一般采用Miner准则)

计算有效循环次数(Rainflowcounting)输出计算结果(损伤值D,或称疲劳目标值)

D≥1表示可能出现疲劳破坏

8疲劳计算主要环节 载荷谱 线性叠加原理试验测定的8疲劳分类LCF:低周疲劳HCF:高周疲劳疲劳极限Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,20059疲劳分类LCF:低周疲劳疲劳极限Source:Y.Le9高周疲劳与低周疲劳高周疲劳:•应力较高,应变较低•一般采用应力S-N曲线(只需测试相对简单的S-N曲线)•汽车疲劳计算多为高周疲劳低周疲劳:•应变较高,应力较低•一般采用应变E-N曲线(需测试相对复杂的E-N曲线)•汽车疲劳计算中和温度有关时多为底周疲劳为了使用方便,许多疲劳软件在方法上给用户提供应力曲线法和应变曲线法的选择,实际上做了如下延伸:•用应力S-N曲线覆盖低周疲劳•用应变E-N曲线覆盖高周疲劳•实践表明这种延伸在汽车疲劳计算中是可以接受的10高周疲劳与低周疲劳高周疲劳:•应力较高,应变较低•一般10疲劳破坏机理Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200511疲劳破坏机理Source:Y.Leeetal.:F1112积分)应力强度因子)等效应力选取原则与多轴疲劳分析载荷名义应力结构应力缺口应力缺口应变断裂力学断裂力学Source:IIWdocumentXIII-2151-07/XV-1254-07汽车结构疲劳分析常用等效应力参量 多轴疲劳分析:危险截面法(J积分(应力强度因子12积分)应力强度因子)等效应力选取原则与多轴疲劳分析载荷名12损伤积累计算的Miner方法则niNi损伤值:D=∑

niNiSource:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und2007 13损伤积累计算的Miner方法则niNi损伤值:D=∑ n13应力寿命方法,寿命方法计算疲劳寿命时常用的一些近似处理光滑试件SN曲线考虑各种影响因素后的SN曲线MineroriginalMinermodifiedMinerelementarySource:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200514应力寿命方法,寿命方法计算疲劳寿命时常用的一些近似处理光1415应变寿命寿命方法应力应变循环曲线:每个循环所包围的面积为该循环的能量损耗Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200515应变寿命寿命方法应力应变循环曲线:每个循环所包围的面积S1516应变寿命寿命方法Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200516应变寿命寿命方法Source:Y.Leeetal16应变寿命寿命方法Source:SeminarBetriebsfestigkeitaufderGrundlageörtlicherBeanspruchungen,TUDarmstadt,11.-13.03.200317应变寿命寿命方法Source:SeminarBetrie17应变寿命寿命方法Source:SeminarBetriebsfestigkeitaufderGrundlageörtlicherBeanspruchungen,TUDarmstadt,11.-13.03.200318应变寿命寿命方法Source:SeminarBetrie18损伤参数P最常用Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200719损伤参数P最常用Source:DieterRadaj,19应力20疲劳载荷描述SmaxSmin最大应力最小应力SmaxSmean平均应力Smean

SminR=SminSmax应力比

时间

Smax

SminSource:ChristophBach,Dissertation,“BeitragzurModellierungdesSchwingermüdungsverhaltensundzurrechnerischen LebensdaueranalysevonendloskohlenstofffaserverstärktenVinylester-Matrixsystemen“,TUKaiserslautern,2007应力20疲劳载荷描述Smax最大应力SmaxSmean20Neuber修正目的:以线弹性应力应变估算弹塑性应力应变线弹性应力应变弹塑性应力应变Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200721Neuber修正目的:以线弹性应力应变估算弹塑性应力应变线21考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平过高的缺口应力接近实际水平的缺口应力Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200722考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平过高的缺口应力接22弹性缺口应力集中系数与疲劳缺口系数弹性缺口应力集中系数疲劳缺口系数Kt=σkσnSource:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,2005 23弹性缺口应力集中系数与疲劳缺口系数弹性缺口应力集中系数疲劳缺23金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点•采用双对数线性回归•以疲劳寿命N为因变量,应力幅度为自变量•在同一应力幅水平试验点太少时,以回归中线为纵轴使所有试验点参加统计分布(如红线所示)Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200524金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点•采用双对数线性回归24金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点•采用双对数线性回归•以疲劳寿命N为因变量,应力幅度为自变量•在同一应力幅水平试验点太少时,以回归中线为纵轴使所有试验点参加统计分布(如红线所示)•考虑存活概率(50%为中线)σA

50%90%10%σA50%10%90%NNSource:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und2007 25金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点σA 50%10%σ2526汽车计算常用软件包CAD：CATIAPro/EngineerPre-/Postprocessor:MedinaANSAHyperMeshFE-Solver：NASTRAN(MSC.NASTRAN,NX.NASTRAN)ABAQUSMARCANSYSPERMASLS-DYNAPAM-CRASHRADIOSSSTAR-CD(STAR-CCM+),FLUERENT,POWERFLOW26汽车计算常用软件包CAD：CATIAPro/Engine26汽车疲劳计算常用软件DesignLife(nCode)FEMFATFEMSITEFE-SAFELMSVirtual.LabDurability英国,德国奥地利奥地利英国德国,比利时27汽车疲劳计算常用软件DesignLife(nCode)英国27包括焊点焊缝)数据疲劳分析必备条件结构形状尺寸(包括焊点焊缝数据材料数据载荷数据分析结果:疲劳损伤值的分布Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.028包括焊点焊缝)数据疲劳分析必备条件结构形状尺寸(包括焊点焊缝28疲劳分析必备条件Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.029疲劳分析必备条件Source:nCode2004•F2930汽车车身车身计算建模示意图Source:26.EuropäischeKarosseriekonferenz,26-27Feb.2008,BadNauheim,Germany30汽车车身车身计算建模示意图Source:26.Eur30材料疲劳性能试验Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.031材料疲劳性能试验Source:nCode2004•F31疲劳载荷Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200732疲劳载荷Source:DieterRadaj,Mich32时间应力工作疲劳载荷Rainflow循环次数计数法应变应变

应变 应变Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und2007 33时间应力工作疲劳载荷Rainflow循环次数计数法应33疲劳载荷的获取整车试验场整车试验台零部件试验设备Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.0 34疲劳载荷的获取整车试验场整车试验台零部件试验设备Source34汽车多体动力学模型Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication35汽车多体动力学模型Source:GüntherPresc35汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication36汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:Günt36汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication37汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:Günt37汽车多体动力学模型–虚拟路面真实路面虚拟路面Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication 38汽车多体动力学模型–虚拟路面真实路面虚拟路面Sour38汽车多体动力学模型-正常路面Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication39汽车多体动力学模型-正常路面Source:Günt39汽车多体动力学模型–耐久性试验路面Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication40汽车多体动力学模型–耐久性试验路面Source:G40汽车多体动力学模型-与有限元模型结合Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication41汽车多体动力学模型-与有限元模型结合Source:41载荷谱损伤谱汽车多体动力学模型-模拟与实测的比较

实测值实测值实测值模拟值 模拟值模拟值 模拟值实测值Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication 42载荷谱损伤谱汽车多体动力学模型-模拟与实测的比较实测42一些特殊的疲劳耐久性问题车门和后备箱开关正常载荷的疲劳耐久性问题 非正常载荷(过载过载)对汽车 疲劳耐久性的影响

Source:PublikationenderBMWGroup,Stand01/07 43一些特殊的疲劳耐久性问题车门和后备箱开关正常载荷的疲劳耐久性43汽车CAE建模过程Source:MSC.Nastran2004,MakingConnections,Oct.200344汽车CAE建模过程Source:MSC.Nastran244基于匹配网格与非匹配网格的焊点建模成本比较基于匹配网格基于非匹配网格Source:MSC.Nastran2004,MakingConnections,Oct.200345基于匹配网格与非匹配网格的焊点建模成本比较基于匹配网格基于非45基于匹配网格)早期的焊点模型(基于匹配网格Source:MSC.Nastran2004,MakingConnections,Oct.200346基于匹配网格)早期的焊点模型(基于匹配网格Source:M46基于非匹配网格焊点模型的原理Source:MSC.Nastran2004,MakingConnections,Oct.200347基于非匹配网格焊点模型的原理Source:MSC.Nast47基于非匹配网格焊点模型实例Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.048基于非匹配网格焊点模型实例Source:nCode20048基于匹配网格的焊缝模型Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.049基于匹配网格的焊缝模型Source:nCode200449基于匹配网格的焊缝模型Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.050基于匹配网格的焊缝模型Source:nCode200450基于非匹配网格的焊缝模型仍在研究阶段Source:MSC.Nastran2004,MakingConnections,Oct.200351基于非匹配网格的焊缝模型仍在研究阶段Source:MSC.51汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势张式程全德华人机电工程学会汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势张式程全德华人机电工程学会52汽车疲劳主要内容(分别见“疲劳耐久性-1,-2,-3”三个PPT文件)汽车疲劳耐久性技术现状及发展趋势1)目前疲劳分析所能达到的精度2）疲劳分析在汽车开发流程中的定位3）汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势4)疲劳耐久性技术究竟要解决什么问题（课堂讨论与问答）疲劳耐久性分析理论基础及关键技术1)疲劳寿命预测的基本理论2)等效应力选取原则与多轴疲劳分析3)疲劳目标值的设定4)整车CAE中的焊点焊缝模型5)焊点焊缝疲劳分析方法6)焊点焊缝疲劳试验设计7)能否以及如何建立一套适合自己产品的疲劳分析方法（课堂讨论与问答）汽车疲劳耐久性分析工具(软件软件)的选择1)汽车开发常用疲劳分析软件简介2)疲劳分析与其他分析(刚度,强度,振动,碰撞)的关系3)如何选择疲劳分析软件（课堂讨论与问答）2汽车疲劳主要内容(分别见“疲劳耐久性-1,-2,-3”三53汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势汽车耐久性道路试验汽车耐久性台架试验汽车零部件耐久性台架试验测试方法 分析方法

Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.0 3汽车疲劳测试方法、分析方法的现状及发展趋势汽车耐久性道路试验544

疲劳分析在汽车开发流程中的定位在第一阶段:评价各种设计方案是否满足疲劳耐久性要求.在第二阶段:尽早发现疲劳危险部位,及时采取措施,使样车顺利通过汽车耐久性台架试验和汽车耐久性道路试验.在第三阶段:发现前两个阶段漏判的局部问题还来得及改进,如果必须进行大的改动则说明疲劳耐久性分析尚须改进.第一阶段第二阶段第三阶段Source:AutomotiveCircleInternaionalConferrence,13-14March2007,BadNauheim,Germany4 疲劳分析在汽车开发流程中的定位第一阶段第二阶段第三阶段S555振动,碰撞等疲劳分析与其他分析(刚度刚度,强度强度,振动碰撞等)的关系Source:EuroCarBody2007,16-18Oct.2007,BadNauheim,Germany5振动,碰撞等疲劳分析与其他分析(刚度刚度,强度强度,振动56耐久性设计目标设定与分解

汽车设计(或希望保证)的使用寿命,例如30万公里 汽车在耐久性道路试验场上的行使里程,例如2000公里

•不同路况(市郊,乡间,越野) •非正常情况(压路边障碍物) •潮湿腐蚀路面 汽车在耐久性道路试验场上行使过程中记录各种工况下的有效疲劳载荷路谱(每种工况记录一定时间) 排列组合不同路谱,压缩无效成份为 零部件与整车台架加速试验提供试验载荷

虚拟路面汽车多体动力学模型 为耐久性计算或 试验提供虚拟路谱

汽车耐久性疲劳计算,输出损伤值D各环节之间需要大量经验积累,并无严格的定量关系.

6耐久性设计目标设定与分解 •不同路况(市郊,乡间571)2)3)4)5)目前疲劳分析所能达到的精度非常满意的精度:损伤值1<D<10例如,如果根据经验可以确定如下当量关系:30万公里正常使用寿命大致相当于2000公里汽车耐久性道路试验行使里程,而针对2000公里汽车耐久性道路试验行使里程的疲劳耐久性计算得出的被试验证实的疲劳破坏部位的损伤值D大约在1.0和10之间.达到上述精度往往需要多年的经验积累以及根据经验反复的修正.如何改进精度?检查是否存在系统误差,如是可以将过大或过小的损伤值通过一个系数修正到1.0和10之间.全面检查疲劳耐久性计算的各个环节,特别是边界条件.在这个过程中可通过敏感性分析计算确定哪些因素有较大影响.对疲劳耐久性分析而言经验非常重要,和有经验的计算工程师和疲劳试验工程师深入讨论往往很有帮助.有时也不能排除试验中的错误(人们一般怀疑计算结果而很少怀疑试验结果),经常标定试验设备很重要.计算与试验有机结合:试验前用计算帮助设计试验,试验后用测量结果验证计算.71)2)3)4)5)目前疲劳分析所能达到的精度非常满意的精度58疲劳计算主要环节

单位载荷作用下线弹性静载应力计算 (获得应力分量和单位载荷的关系)

载荷谱(实际载荷与时间的关系)

线性叠加原理 找出最大等效应力 (危险截面上的最大正应力或最大剪应力) 对于尖锐缺口附近应力过高等情况 通过考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平 用Neuber修正将线弹性最大等效应力 转换成最大线弹性最大等效应力应变计算疲劳损伤参量变(例如Pswt)同时考虑平均应力的影响试验测定的材料疲劳特性曲线 (S-N曲线或应变E-N曲线以及 循环应力应变曲线)计算疲劳损伤积累(一般采用Miner准则)

计算有效循环次数(Rainflowcounting)输出计算结果(损伤值D,或称疲劳目标值)

D≥1表示可能出现疲劳破坏

8疲劳计算主要环节 载荷谱 线性叠加原理试验测定的59疲劳分类LCF:低周疲劳HCF:高周疲劳疲劳极限Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,20059疲劳分类LCF:低周疲劳疲劳极限Source:Y.Le60高周疲劳与低周疲劳高周疲劳:•应力较高,应变较低•一般采用应力S-N曲线(只需测试相对简单的S-N曲线)•汽车疲劳计算多为高周疲劳低周疲劳:•应变较高,应力较低•一般采用应变E-N曲线(需测试相对复杂的E-N曲线)•汽车疲劳计算中和温度有关时多为底周疲劳为了使用方便,许多疲劳软件在方法上给用户提供应力曲线法和应变曲线法的选择,实际上做了如下延伸:•用应力S-N曲线覆盖低周疲劳•用应变E-N曲线覆盖高周疲劳•实践表明这种延伸在汽车疲劳计算中是可以接受的10高周疲劳与低周疲劳高周疲劳:•应力较高,应变较低•一般61疲劳破坏机理Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200511疲劳破坏机理Source:Y.Leeetal.:F6212积分)应力强度因子)等效应力选取原则与多轴疲劳分析载荷名义应力结构应力缺口应力缺口应变断裂力学断裂力学Source:IIWdocumentXIII-2151-07/XV-1254-07汽车结构疲劳分析常用等效应力参量 多轴疲劳分析:危险截面法(J积分(应力强度因子12积分)应力强度因子)等效应力选取原则与多轴疲劳分析载荷名63损伤积累计算的Miner方法则niNi损伤值:D=∑

niNiSource:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und2007 13损伤积累计算的Miner方法则niNi损伤值:D=∑ n64应力寿命方法,寿命方法计算疲劳寿命时常用的一些近似处理光滑试件SN曲线考虑各种影响因素后的SN曲线MineroriginalMinermodifiedMinerelementarySource:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200514应力寿命方法,寿命方法计算疲劳寿命时常用的一些近似处理光6515应变寿命寿命方法应力应变循环曲线:每个循环所包围的面积为该循环的能量损耗Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200515应变寿命寿命方法应力应变循环曲线:每个循环所包围的面积S6616应变寿命寿命方法Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200516应变寿命寿命方法Source:Y.Leeetal67应变寿命寿命方法Source:SeminarBetriebsfestigkeitaufderGrundlageörtlicherBeanspruchungen,TUDarmstadt,11.-13.03.200317应变寿命寿命方法Source:SeminarBetrie68应变寿命寿命方法Source:SeminarBetriebsfestigkeitaufderGrundlageörtlicherBeanspruchungen,TUDarmstadt,11.-13.03.200318应变寿命寿命方法Source:SeminarBetrie69损伤参数P最常用Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200719损伤参数P最常用Source:DieterRadaj,70应力20疲劳载荷描述SmaxSmin最大应力最小应力SmaxSmean平均应力Smean

SminR=SminSmax应力比

时间

Smax

SminSource:ChristophBach,Dissertation,“BeitragzurModellierungdesSchwingermüdungsverhaltensundzurrechnerischen LebensdaueranalysevonendloskohlenstofffaserverstärktenVinylester-Matrixsystemen“,TUKaiserslautern,2007应力20疲劳载荷描述Smax最大应力SmaxSmean71Neuber修正目的:以线弹性应力应变估算弹塑性应力应变线弹性应力应变弹塑性应力应变Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200721Neuber修正目的:以线弹性应力应变估算弹塑性应力应变线72考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平过高的缺口应力接近实际水平的缺口应力Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200722考虑应力梯度将过高的应力修正到接近实际的水平过高的缺口应力接73弹性缺口应力集中系数与疲劳缺口系数弹性缺口应力集中系数疲劳缺口系数Kt=σkσnSource:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,2005 23弹性缺口应力集中系数与疲劳缺口系数弹性缺口应力集中系数疲劳缺74金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点•采用双对数线性回归•以疲劳寿命N为因变量,应力幅度为自变量•在同一应力幅水平试验点太少时,以回归中线为纵轴使所有试验点参加统计分布(如红线所示)Source:Y.Leeetal.:FatigueTestingandAnalysis-TheoryandPractice,ElsevierButterworth–Heinemann,200524金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点•采用双对数线性回归75金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点•采用双对数线性回归•以疲劳寿命N为因变量,应力幅度为自变量•在同一应力幅水平试验点太少时,以回归中线为纵轴使所有试验点参加统计分布(如红线所示)•考虑存活概率(50%为中线)σA

50%90%10%σA50%10%90%NNSource:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und2007 25金属材料的SN曲线试验曲线拟合技术要点σA 50%10%σ7626汽车计算常用软件包CAD：CATIAPro/EngineerPre-/Postprocessor:MedinaANSAHyperMeshFE-Solver：NASTRAN(MSC.NASTRAN,NX.NASTRAN)ABAQUSMARCANSYSPERMASLS-DYNAPAM-CRASHRADIOSSSTAR-CD(STAR-CCM+),FLUERENT,POWERFLOW26汽车计算常用软件包CAD：CATIAPro/Engine77汽车疲劳计算常用软件DesignLife(nCode)FEMFATFEMSITEFE-SAFELMSVirtual.LabDurability英国,德国奥地利奥地利英国德国,比利时27汽车疲劳计算常用软件DesignLife(nCode)英国78包括焊点焊缝)数据疲劳分析必备条件结构形状尺寸(包括焊点焊缝数据材料数据载荷数据分析结果:疲劳损伤值的分布Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.028包括焊点焊缝)数据疲劳分析必备条件结构形状尺寸(包括焊点焊缝79疲劳分析必备条件Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.029疲劳分析必备条件Source:nCode2004•F8030汽车车身车身计算建模示意图Source:26.EuropäischeKarosseriekonferenz,26-27Feb.2008,BadNauheim,Germany30汽车车身车身计算建模示意图Source:26.Eur81材料疲劳性能试验Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.031材料疲劳性能试验Source:nCode2004•F82疲劳载荷Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und200732疲劳载荷Source:DieterRadaj,Mich83时间应力工作疲劳载荷Rainflow循环次数计数法应变应变

应变 应变Source:DieterRadaj,MichaelVormwald:Ermüdungsfestigkeit,Springer-VerlagBerlinHeidelberg1995,2003und2007 33时间应力工作疲劳载荷Rainflow循环次数计数法应84疲劳载荷的获取整车试验场整车试验台零部件试验设备Source:nCode2004•FE-FatigueOverview–Release6.0 34疲劳载荷的获取整车试验场整车试验台零部件试验设备Source85汽车多体动力学模型Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication35汽车多体动力学模型Source:GüntherPresc86汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication36汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:Günt87汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:GüntherPreschany,LotharWitte,GesamtfahrzeugmodellaufdervirtuellenPrüfstrecke,PorscheAG,Internetpublication37汽车多体动力学模型-轮胎模型Source:Günt88汽车多体动力学模型–虚拟路面真实路面虚拟路面Source:Günther