疲劳分析简介

疲劳分析理论范文疲劳分析理论是指对疲劳现象进行系统性研究和分析的一种理论体系。

人们在日常生活和工作中经常会感到疲劳，这是由于身体或者大脑长时间处于高负荷工作状态而造成的一种不适感受。

疲劳分析理论的研究目的是为了更好地理解和应对疲劳，提高个人的工作和生活质量。

1.疲劳的类型分类：疲劳可以分为生理疲劳和心理疲劳两种类型。

生理疲劳主要指人体身体疲劳，如长时间连续工作、运动过度等；心理疲劳主要指人的大脑疲劳，如长时间的思考、决策等。

2.疲劳的表现形式：疲劳的表现形式有多种多样，如身体的乏力、精神的不振、注意力不集中、反应迟钝等。

不同人在面对疲劳时可能会表现出不同的症状。

3.疲劳的影响因素：疲劳的产生受到众多因素的影响，这些因素包括个体的基本体质、工作强度和工作时间、生活方式、心理状态等。

不同的因素对个体的疲劳产生不同的影响。

4.疲劳的评估方法：疲劳的评估是疲劳分析的重要一环，目的是为了了解个体的疲劳程度。

常用的评估方法包括主观评估和客观评估两种，主观评估主要通过问卷调查等方式了解个体的疲劳感受，客观评估则通过心理生理指标或者行为表现等方面来评估疲劳程度。

5.疲劳的应对策略：疲劳是一种常见的身体反应，但是不同的人可能对疲劳的应对策略不同。

一般来说，可以通过调整工作强度和工作时间、适当锻炼身体、合理安排休息时间等方式来缓解疲劳。

疲劳分析理论对于个人和组织来说都具有重要的意义。

对于个人来说，理解疲劳现象有助于他们更好地调整自己的工作和生活，提高工作和生活的效率。

对于组织来说，了解疲劳现象对于制定合理的工作计划和保障员工的健康也具有重要的指导意义。

值得注意的是，疲劳分析理论是一个相对较新的研究领域，尚有许多问题有待进一步研究和探索。

例如，如何量化疲劳程度、如何标准化评估方法等都是需要进一步研究的问题。

同时，由于每个人的身体和心理状态不同，对疲劳的感受也会有所差异，个体差异在疲劳分析中也需要加以考虑。

总之，疲劳分析理论为我们更好地理解和应对疲劳问题提供了重要的理论基础。

疲劳分析方法疲劳问题的研究可追溯到19世纪初，经过近二百年探索，目前已经取得了很大的发展。

工程上，对疲劳设计主要采用四种方法，即名义应力法、局部应力应变法、损伤容限设计、疲劳可靠性设计。

（1）名义应力法（Miner线性累计损伤理论）名义应力法又称常规疲劳设计法或影响系数法，用名义应力法来估算构件或结构的寿命的前提是：材料和构件、结构是理想连续体，且承受的载荷不大，断面的应力值小于材料的屈服极限，应力应变成线性关系，应力循环作用下的寿命较小。

因此，用该方法进行寿命估算的依据是应力谱、材料的抗力指标P—S—N 曲线和累积损伤理论。

（2）局部应力应变法零件的疲劳破坏都是从应变集中部位的最大局部应变处开始，并且在裂纹萌生以前，都要产生一定的塑性变形。

局部应力应变法以缺口根部的局部应力—应变历程为依据，再结合材料相应的疲劳特性曲线进行寿命估算。

该方法的合理性主要表现为考虑了金属的塑性应变和由此而引起的残余应力对疲劳性能的影响。

它所指的寿命就是缺口边上出现可见裂纹的寿命。

（3）损伤容限设计损伤容限设计是一项复杂的系统工程，它以断裂力学特别是线弹性断裂力学理论为基础，以保证结构安全为目标，以无损检测技术、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率的测定技术为手段，以有初始缺陷或裂纹的零件的剩余寿命估算为中心，以断裂控制为保证，目的是确保结构在给定使用寿命期内，不致因未发现的初始缺陷的扩展造成严重事故。

（4）疲劳可靠性设计疲劳可靠性设计即概率疲劳设计，它是根据构件工作应力和疲劳强度分布曲线，应用概率设计理论，在给定可靠性指标下，进行构件的可靠性设计。

疲劳可靠性设计不但需要知道构件的应力和疲劳强度的平均值，而且还要知道构件的应力和疲劳强度分布。

综上所述，名义应力法和局部应力应变法都是以材料内部没有缺陷和裂纹为前提条件的。

但是，实际构件在加工制造过程中，由于种种原因，往往已经存在着各种各样的缺陷或裂纹。

损伤容限设计考虑了结构的初始缺陷或裂纹，以断裂控制为保证，保证结构在给定使用寿命期内，不致因未发现的初始缺陷的扩展造成严重事故。

第一章简介1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。

疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。

因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。

塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。

一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。

在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。

接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。

1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。

否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。

1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。

相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括：σ1/σ2=constant在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。

1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σmax-σmin)平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2应力幅或交变应力σa是Δσ/2应力比R是σmin/σmax当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。

这就是σm=0，R=-1的情况。

当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。

这就是σm=σmax/2，R=0的情况。

1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效；（2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；（3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。

第一章简介1.1 疲劳概述构造失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。

疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环〔重复〕次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。

因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳〔Stress-based〕用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。

塑性变形常常伴随低周疲劳，其说明了短疲劳寿命。

一般认为应变疲劳〔strain-based〕应该用于低周疲劳计算。

在设计仿真中，疲劳模块拓展程序〔Fatigue Module add-on〕采用的是基于应力疲劳〔stress-based〕理论，它适用于高周疲劳。

接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进展讨论。

1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进展讨论。

否那么，那么称为变化振幅或非恒定振幅载荷。

1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。

相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括：σ1/σ2=constant在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。

1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin 和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力X围Δσ定义为(σmax -σmin)平均应力σm 定义为(σmax+σmin)/2应力幅或交变应力σa是Δσ/2应力比R是σmin /σmax当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。

这就是σm=0，R=-1的情况。

当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。

这就是σm =σmax/2，R=0的情况。

1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：〔1〕假设某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会开展，而且有可能导致失效；〔2〕如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；〔3〕应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。

、绪论疲劳，是固体力学的一个分支，它主要研究材料或结构在交变载荷作用下的强度问题，研究材料或结构的应力状态与寿命的关系。

金属、塑料、木材、混凝土、玻璃、橡胶和复合材料等各种结构材料及其加工成的结构或设备，在载荷的反复作用下，都会产生疲劳问题。

据统计，在三大主要破坏形式（磨损、腐蚀和断裂）之一的断裂失效中，结构破坏的 80% 以上都是由疲劳引起的。

疲劳破坏在工程结构和机械设备中极为广泛，遍及每一个运动的零部件，不管是脆性材料还是塑性材料，疲劳破坏由于没有明显的宏观塑性变形，破坏十分突然，往往造成灾难性的事故。

因此，对于承受循环载荷的零部件都应进行疲劳强度设计。

疲劳所涉及面之广几乎涵括汽车、铁路、航空航天、海洋工程以及一般机器制造等各个工业领域。

近年来，有限元方法的不断成熟使得 CAE 分析结果的精度和可靠性有了很大的提高。

现在全球各大汽车公司，在产品的并行开发过程中，广泛地将 CAE技术同步应用于车身开发，如刚度、强度、NVH分析、机构运动分析等。

作为车身 CAE 的一个重要方面——疲劳耐久性 CAE 分析技术，基于有限元应力应变结果，结合承受载荷的变化历史和材料的性能参数，并应用相应的疲劳损伤理论来预测构件的疲劳寿命。

与基于试验的传统疲劳分析相比，疲劳 CAE 技术能够提供零部件表面的疲劳寿命分布图，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，能够减少试验样机的数量，大大缩短产品的开发周期，降低产品开发成本，提高市场竞争力。

二、疲劳基本概念2.1 疲劳定义疲劳的一词的英文是fatigue，意思是“劳累、疲倦”。

作为专业术语，用来表达材料在循环载荷作用下的损伤和破坏。

国际标准化组织(ISO)在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中对疲劳所做的定义是：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳；虽然在一般情况下，这个术语特指那些导致开裂或破坏的性能变化” 。

这一描述也普遍适用于非金属材料。

hyperlife焊接疲劳分析HYPERLIFE疲劳分析内容1.疲劳分析流程及HyperLife界面介绍2.疲劳分析基本概念3.高周疲劳（S-N)4.低周疲劳(E-N)5.安全因子分析6.焊接疲劳焊接疲劳•焊缝疲劳•焊点疲劳焊缝疲劳焊缝疲劳•焊缝疲劳采用热点应力法，适用于薄板焊接•热点应力通过节点力在焊线位置计算得到.•该方法一般需要两条SN曲线，一条为纯弯SN曲线，一条为薄膜应力状态下SN曲线焊缝疲劳建模方法•采用CQUAD4单元模拟焊缝焊缝位置应力集中•所有焊缝位置都存在应力集中，应力集中会导致疲劳寿命降低。

•应力集中位于焊趾处，取决于焊缝处理条件。

Based on Weld Shape Based on Weld Joint DesignGradual Stiffness Gradient Double Lap Joint SymmetryGradual StiffnessTransition•HyperLife支持fillets, T-joints, 和Cross-joints类型焊缝疲劳分析，焊缝类型可在材料对话框中设置•焊缝分析选择焊喉位置单元•不同的焊缝类型会在不同位置计算损伤•焊根、焊趾、焊喉损伤计算基于节点力计算热点应力焊喉节点力焊趾节点力焊跟节点力FilletCross-jointsTwo-sided Three RowTwo-sided Two RowOne-sided One Row One-sided Two RowT-joints焊缝建模•焊缝尽量用CQUAD4模拟，转角处可以用CTRIA3模拟•焊缝可以用1排或2排单元模拟，对于两边焊的焊缝，也可用3排单元模拟•焊缝单元的厚度为焊喉的有效厚度•焊缝单元的尺寸尽量规则，虽然该方法对网格不是很敏感，但是从经验来看，网格尺寸推荐10mm左右。

•焊缝单元可通过SET/PART引用，HyperLife也可方便的创建SET•焊缝单元的法向应朝外，即指向焊趾的方向，而不是指向焊根的方向。

疲劳分析第一章：hyperlife疲劳过程概述HYPERLIFE疲劳分析内容1.疲劳分析流程及HyperLife界面介绍2.疲劳分析基本概念3.高周疲劳（S-N)4.低周疲劳(E-N)5.安全因子分析6.焊缝疲劳HYPERLIFEAltair HyperLife™求解器中立支持OptiStruct, Nastran, Abaqus, Ansys ...易学易用工业验证同行业专家合作开发，经过行业验证行业规范(Including: FKM, Eurocode, DVS )WHAT IS HYPERLIFEMOTIVATION•Online Fatigue Calculator •123,000+ calculations in 2018•Knowledge baseHyperLife is a spinoff and extension..TestCAEDesignerDEMOCRATIZATION COLLABORATIONDr. Darrell SocieProfessor EmeritusUniversity of IllinoisHYPERLIFE中的疲劳分析方法什么叫疲劳失效什么是疲劳失效•失效模式:➢静力失效–单调载荷➢疲劳载荷–循环载荷•什么是疲劳失效:➢疲劳失效是由于循环载荷导致的➢50%~90%的机械破坏是由于疲劳失效导致的疲劳分析流程Approach/TypeFatigueMaterial DataFatigueAnalysisEstimatedlifeLoad SpectrumFEA Input疲劳分析之材料属性•什么是SN曲线•SN曲线是怎么创建的•August Wohler (1819 to 1914) 提出了SN曲线•应力寿命EN曲线疲劳分析之材料属性实验试件Rotating Cantilever Bending Fatigue Test Machine A Modern Servo-hydraulic Test System•载荷历史决定了应力幅值•疲劳工况提取: 轮心力传递•MBD 分析1.The semi-analytical process2.The analytical process•常幅值rσ•变幅值2minmax m σσσ+=minmax σσσ−=r Mean StressStress Amplitude Stress Range2/)(min max σσσ−=aFEA结果文件-> 疲劳分析的输入文件FEA-OptiStruct -Nastran -Abaqus -Ansys H3D OP2 RST ODB疲劳分析方法FEA based FatigueAnalysisStress Life (High Cycle Fatigue)Strain Life (Low Cycle Fatigue)RainFlow Cycle counting and Calculate Equivalent Stress AmplitudeNumber of Cycle to Failure (Life)•疲劳分析流程Low Cycle Fatigue High Cycle FatigueHYPERLIFE界面介绍HYPERLIFE帮助文档帮助文档HYPERLIFE 界面1: 菜单栏2: 工具栏3: 结果浏览器4: 视图控制栏5: 实体筛选器6: 建模窗口7: 状态栏1234567FILE菜单•菜单栏包含下拉菜单，提供对标准功能的访问，如文件管理操作、系统首选项和帮助➢导入模型和结果文件: File ➔Open ➔Model➢打开/保存HyperLife项目文件(*.hlf)File ➔Open ➔Session; File ➔Save ➔Session; File ➔Save As ➔SessionFILE菜单-PREFERENCE•菜单栏中File里的HyperLife Preferences ➔设置工作目录的路径以及保存到会话文件的信息•HyperLife home directory: HyperLife运行文件的工作目录，默认目录是Documents\Fatigue\RunHistory.•User defined material Directory:UsrDefMaterialDB.csv目录。

第一章：疲劳的基本概念1、疲劳疲劳，是固体力学的一个分支，主要研究材料或结构在交变载荷作用下的强度问题，研究材料或结构的应力状态与寿命的关系。

在交变载荷作用下，材料或结构的破坏现象，叫做疲劳破坏。

疲劳破坏时，应力值未超过强度极限，甚至会低于弹性极限。

2、疲劳破坏特征（较静力破坏）a、静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳破坏是多次反复载荷作用下的破坏，非短期内，而是经历一定的时间。

b、静应力小于屈服极限或强度极限不会发生静力破坏；交变应力在远小于静强度极限、甚至屈服极限下，即可发生疲劳破坏。

c、静力破坏常有明显的塑性变形；疲劳破坏常没有外在宏观的显著的塑性变形。

d、静力破坏断口，呈现粗粒状或纤维状特征；疲劳破坏断口，呈现2个区域特征：平滑区、粗粒状或纤维状。

e、静力破坏的抗力主要取决于材料本身；疲劳破坏的抗力与材料、结构形状尺寸、表面状况、外界环境有关。

3、疲劳破坏过程a、裂纹的产生——裂纹扩展——失稳断裂；由于裂纹失稳断裂是一个很快的过程，对疲劳寿命影响非常小，在疲劳分析中一般不予考虑。

所以一般考虑裂纹产生和裂纹扩展2部分的寿命。

其中裂纹产生阶段占了整个疲劳寿命的极大部分。

4、疲劳分类疲劳前循环次数：高周疲劳：材料所受到交变应力低于材料屈服极限，甚至只有屈服极限的三分之一左右，疲劳前循环次数大于10e5到10e7；低周疲劳：材料所受的交变应力较高，通常接近或超过屈服极限，疲劳破坏前循环次数较少，一般小于10e4到10e5.按应力状态：单轴疲劳：单向循环应力作用下的疲劳，即只承受单向正应力或单向剪应力。

多轴疲劳：多项应力作用下的疲劳，也称复合疲劳，如弯扭复合疲劳、双轴拉伸疲劳、三轴应力疲劳等。

按载荷的幅度与频率恒幅疲劳：交变应力的幅度与频率均固定不变；变幅疲劳：交变应力的幅度变化，频率不变；随机疲劳：应力幅度与频率都随机变化。

按载荷工况与工作环境常规疲劳：在室温、空气介质中疲劳；低温疲劳：低于室温的疲劳；高温疲劳：高于室温的疲劳；机械疲劳：仅有交变应力或应变波动造成的疲劳；热疲劳：温度循环变化产生的热应力所致的疲劳；热—机械疲劳：温度循环与应变循环叠加的疲劳；腐蚀疲劳：腐蚀环境与循环应力（应变）的复合作用下导致的疲劳；接触疲劳：材料在循环接触应力作用下，产生局部永久性积累损伤，经一定的循环次数后，接触表面产生麻点、浅层或深层剥落的失效形式；冲击疲劳：重复冲击载荷导致的疲劳。

疲劳分析报告引言疲劳是在长时间持续工作或活动后，身体和心理上积聚的一种疲惫感。

疲劳不仅会影响个人的工作效率和生活质量，还可能导致健康问题和安全风险。

因此，对于疲劳的分析和管理非常重要。

本文将对疲劳进行分析，并提供一些有效的疲劳管理策略。

疲劳的原因疲劳有多种原因，包括身体活动过度、精神紧张、睡眠不足、营养不良等。

以下是一些常见的导致疲劳的原因：1.长时间工作：无论是体力劳动还是脑力劳动，长时间持续工作都会导致疲劳积累。

身体长时间处于高负荷工作状态，无法及时恢复。

2.睡眠不足：睡眠是身体恢复和修复的重要途径。

如果睡眠不足，身体无法得到充分休息，导致疲劳。

3.不良的生活习惯：吸烟、饮酒、不健康的饮食习惯等不良生活习惯会增加疲劳的风险。

4.缺乏运动：缺乏体育锻炼会导致身体机能下降，增加疲劳感。

疲劳的影响疲劳对个人和组织都会产生负面影响。

以下是一些常见的疲劳影响：1.工作效率下降：疲劳会导致注意力不集中、反应迟缓和工作效率下降。

这会影响工作质量和生产力。

2.健康问题：长期疲劳可能导致身体和心理健康问题，如抑郁、焦虑、肌肉疼痛和消化系统问题等。

3.安全风险：在需要高度精神集中的工作中，疲劳可能导致错误和事故的发生，增加安全风险。

4.其他影响：疲劳还可能引发一系列其他问题，如人际关系紧张、社交能力下降等。

疲劳的管理策略有效的疲劳管理策略可以帮助个人和组织减少疲劳的影响，提高工作效率和生活质量。

以下是一些有效的疲劳管理策略：1.合理安排工作时间：避免长时间连续工作，适当安排休息时间和休假，以便身体得到充分的恢复。

2.睡眠充足：保持良好的睡眠习惯，每天保证7-9小时的睡眠时间。

如果有睡眠问题，可以尝试采取放松技巧、限制咖啡因摄入等。

3.健康饮食：均衡的饮食可以提供身体所需的能量和养分，减少疲劳感。

避免过度饮酒和摄入过多的咖啡因。

4.运动锻炼：适度的体育锻炼可以提高身体机能和抗疲劳能力。

每天进行适量的有氧运动，如散步、跑步、骑自行车等。