电子器件 技术文件COMSOL-疲劳模块-44

COMSOLMultiphysics疲劳模块©2013COMSOL.Allrightsreserved.产品库–版本4.4超过90%的机械服役失效是由疲劳引起的。COMSOL疲劳分析需要的几个模块

COMSOLMultiphysics所有专业模块都需要

COMSOLMultiphysics基本模块支持结构力学模块疲劳模块需要结构力学模块支持可选拓展功能非线性结构材料模块需要结构力学模块支持多体动力学模块需要结构力学模块支持疲劳模块的目的模拟反复加载卸载过程对结构组件完整性的影响根据不同的疲劳模型估计疲劳损伤评估几何尺寸和材料选择对疲劳的影响轮轴：

由旋转载荷引起的表面疲劳。疲劳分析疲劳分析需要两个步骤：负载循环模拟和计算疲劳模型。在循环加载中，可模拟重复加载或非重复加载在疲劳步骤中处理整个加载循环的历史负载循环疲劳加载循环模拟载荷循环结构力学壳

板热应力焦耳热和热膨胀压电设备多体动力学粘弹性焊点：

以热应力接口分析的热-机械疲劳。疲劳模型基于应力FindleyMatakeNormalStress基于应变Smith-Watson-Topper(SWT)Wang-BrownFatemi-SocieCoffin-Manson基于能量MorrowDarveaux累积损伤RainflowCountingPalmgren-Miner疲劳模块主要特征临界面模型基于应力疲劳模型FindleyMatakeNormalStress基于应变疲劳模型Smith-Watson-Topper(SWT)Wang-BrownFatemi-Socie圆柱试样：

三种不同判据下的疲劳分析。恒定负载循环基于应变疲劳模型弹塑性分析使用Neuber法则和HoffmannSeeger近似的切口假设非比例载荷下的剪切范围分析最大位移外接圆有孔管：基于弹塑性响应的

SWT疲劳模型。计算时间11分钟。有孔管：基于缺口假设的

SWT疲劳模型。计算时间4秒。高周疲劳和低周疲劳高周疲劳（HCF）基于应力低周疲劳（LCF）基于应变基于能量非线性材料的热疲劳基于非弹性应变的疲劳Coffin-Manson用户定义应变基于能量耗散的疲劳MorrowDarveaux用户定义能量表面贴片电阻：基于能量损耗的热疲劳

。变循环载荷载荷循环定义负载情况参数化扫描瞬态分析广义加载雨流法计算应力主应力带符号

vonMises（最大主应力）带符号

vonMises（静液应力）Palmgren-Miner损伤准则S-N曲线R-值相关风力发电机受到随机载荷。广义荷载的概念基于叠加原理结构响应由几个广义负载定义外部载荷根据加载历史由多个广义载荷施加由于加载历史在疲劳步骤中由专用算法求解，能显著提高计算速度适用于模拟长时间内常规随机加载历史用于线性问题有孔薄壁框架：外部载荷由三个广义载荷情形施加。矩阵直方图专用于疲劳分布参数绘图

结果显示了最可能的临界点

可选三维高度选项绘图疲劳模块案例库模型高周疲劳计算示例：以法向载荷和扭转载荷对试样做非均衡循环加载测试，计算疲劳。在同一求解步骤中计算了多种基于应力的疲劳判据（Findley，Matake，法向应力），这些常用于高周疲劳分析。多重分析计算在于找到临界面并评估疲劳。大多数情况下疲劳始于表面，因此把它当作表面特征时评估效率较高。低周疲劳计算示例：

加载参数化正弦力的弹塑性圆柱体。求解了Smith-Watson-Topper这种疲劳模型。由疲劳模型接口中的截止参数来控制被看作无限寿命的使用寿命上限。由于塑性，有必要使用两个载荷循环，获得稳定的循环应力。非线性材料响应由非线性结构材料模块定义。弹性材料缺口效应示例：正弦加载的有孔圆柱体。孔周围的非线性行为根据HoffmannSeeger近似的Neuber判据计算。应用线弹性材料，只需三个加载步骤就能涵盖整个循环加载过程。

当载荷循环要从结构上卸载时，需要包含零解，因为近似基于等效应力。整个求解过程耗时4秒，如果应用弹塑性材料模型则需要11分钟。累积损伤计算示例：受随机载荷力作用的有孔薄壁框架，该结构以壳单元模拟。雨流循环计数算法将随机应力数据转化为离散的应力分布，累积损伤基于Palmgren-Miner线性损伤规则。循环载荷由三个广义加载情形定义，代替上千的加载情形。长期的加载历史按叠加处理，算法在疲劳步骤中处理应力循环数据，能显著提交效率。非线性材料的热疲劳示例：受热循环载荷的微电子元件。球阵列中发生热疲劳，用Anand粘塑性材料模型模拟。疲劳基于Darveaux模型，计算体平均能量损耗。整个模型做热-机械耦合分析，确定临界部位。重新分析了临界焊点的精细子模型。使用拉伸耦合算子，将结构和热结果导入到子模型，使得原来的多物理场模型简