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支架 - 疲劳评估

S-N 曲线也称为 Wöhler 曲线,是最常用的疲劳评估方法之一。该曲线将应力幅值与极限疲劳寿命相关联,并且可以直接根据一组标准疲劳测试获得。许多情况下,我们的应用条件与疲劳测试的实验条件并不相同。因此,必须适当修改疲劳数据来分析实际的工作条件。 本例介绍当材料数据需要涉及恶劣的环境条件和较差的材料过程时,如何执行疲劳评估,其中使用参数化扫描来计算两种条件下的疲劳响应,分析了“结构力学模块”中有关支架的一个教学案例。

球栅阵列中基于能量的热疲劳预测

微电子元件是冷却系统中的一个关键链路。由于反复接通和断开电源,微电子元件受到热循环的作用,因此,焊点处出现裂缝,断开了芯片与印刷电路板的连接,使微电子元件失去其操作功能。本例基于 Darveaux 能量模型预测了两个球栅装配中焊点的使用寿命。该疲劳模型基于将出现裂缝的薄层中的平均能耗密度来计算焊点的损坏程度。 本例基于“非线性结构材料模块”中的模型“焊点的粘塑性蠕变”。由于模型包含用粘塑性材料建模的多个焊点,因此需要多个自由度才能模拟所有单元中的正确蠕变特性。从疲劳角度来看,只需分析模型的关键部分,为了捕捉关键部分,使用了子模型的概念。这一技术需要两个步骤。在第一个步骤中,使用粗化网格分析完整的模型,模拟一般趋势并确定关键焊球。在第二个步骤中,构建包含关键部分的细化网格子模型,并重新计算研究结果。完整模型的全局效应通过适当的边界条件转移到子模型。

往复式活塞发动机的高周疲劳

在往复活塞式发动机中,连杆将旋转运动转换为往复运动。连杆始终处于高应力状态,负载随着发动机转速的提高而增加。通常来说,发动机中有一个零件故障就需要更换整个发动机。因此,发动机所有零件的设计都至关重要,以使它们在发动机运行寿命期间不会发生故障。连杆是其中的关键部件,需从疲劳角度进行分析。使用 Basquin 高周疲劳准则预测疲劳寿命。 本例基于“多体动力学模块”中的“三缸往复式发动机”模型,其中发动机的关键部件被模拟为柔性体,其余部件被模拟为刚体。各部件通过不同类型的关节进行连接。该技术显著减小了模型尺寸,同时保持了装配中的力平衡。

柱状测试样条的高周疲劳分析

本案例是“疲劳模块”中的一个基准模型。圆柱形试样受到非比例载荷的作用,将 Findley、Matake 和法向应力这三种基于应力的模型与解析解进行了比较,并将这三种模型进行了相互比较。得出了 Matake 模型的非平滑特性并进行了讨论。

表面贴片电阻的热疲劳

贴装在表面的电阻器会受到热循环的作用,不同材料热膨胀的差异将在结构中引入应力。连接电阻器与印刷电路板的焊料被视为装配中最薄弱的环节,它会对温度和时间的变化作出非线性响应。为确保组件结构的完整性,本案例中进行了两个疲劳分析:第一个是分析根据 Coffin-Manson 模型的非弹性应变预测寿命,第二个使用了疲劳公式中的耗散蠕变能。

轮辋疲劳分析

本例对轮辋执行疲劳分析,研究 Findley 疲劳准则,利用子建模技术对辐条的关键部分进行详细研究。首先研究完整的模型,确定关键部分并重新分析子模型。绕轮旋转的道路载荷从完整模型的分析映射到子模型的分析。

带倒角的非比例载荷轴的疲劳分析

本例说明如何对具有由横向力和扭矩(以不同组合施加)引起的非比例载荷历史记录执行高周疲劳 (HCF) 分析,比较了三种不同的疲劳模型(Findley、Matake 和 Dang Van)。

疲劳分析的周期计数 - 基准模型

本案例是一个采用雨流计数算法的验证模型,针对一个平面拉伸试样,提供 ASTM 与 COMSOL “疲劳模块”分析结果的比较数据。 模型根据 Palmgren-Miner 模型对累积损伤计算进行扩展,并提供计算结果与解析式的比较数据。

框架疲劳寿命 中文

与进行疲劳实验相比,使用仿真来分析疲劳是一种确定某一设计在重复加载和卸载后是否会失败的更快捷方法。此 App 可评估带凿孔框架的疲劳寿命。需要理解疲劳的概念并将之用于构建自己设计的类似 App。

此 App 中可以修改凿孔几何并测试不同的载荷类型和材料。还可以从文本文件中读取载荷历史和 S-N 曲线。

几何参数化后,此 App 可用于确定几何参数灵敏度并得到优化配置。

带孔圆柱的弹塑性低循环疲劳分析

结构的承载组件受到多轴循环载荷的作用,在此期间,材料发生局部屈服。在模型中,基于 Smith-Watson-Topper (SWT) 模型对零件进行低周疲劳分析。 由于发生局部屈服,您可以使用两种方法来获得疲劳计算的应力和应变分布。第一种方法通过运动硬化进行全弹塑性分析,第二种方法通过对塑性进行 Neuber 修正,执行线弹性分析。本例探讨第一种方法。在“带孔圆柱的缺口近似低周疲劳分析”模型中,用弹性方法求解同样的问题。

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