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载荷的循环次数；每一个循环的应力幅；每一个循环的平均应力；存在局部应力集中现象。
真正的疲劳计算要考虑所有这些因素，因为在预测其生命周期时，它计算“消耗”的某个部件是如何形成的。
ANSYS程序处理疲劳问题的过程ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规范(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)第三节(和第八节第二部分)作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和Mimer累积疲劳准则。
除了根据 ASME 规范所建立的规则进行疲劳计算外，用户也可编写自己的宏指令，或选用合适的第三方程序，利用 ANSYS 计算的结果进行疲劳计算。
《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》讨论了上述二种功能。
ANSYS程序的疲劳计算能力如下：对现有的应力结果进行后处理，以确定体单元或壳单元模型的疲劳寿命耗用系数(fatigue usage factors)(用于疲劳计算的线单元模型的应力必须人工输入)；可以在一系列预先选定的位置上，确定一定数目的事件及组成这些事件的载荷，然后把这些位置上的应力储存起来；可以在每一个位置上定义应力集中系数和给每一个事件定义比例系数。
基本术语位置(Location)：在模型上储存疲劳应力的节点。
这些节点是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。
事件(Event)：是在特定的应力循环过程中，在不同时刻的一系列应力状态，见本章§。
载荷(Loading)：是事件的一部分，是其中一个应力状态。
应力幅：两个载荷之间应力状态之差的度量。
程序不考虑应力平均值对结果的影响。
疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
一般有五个主要步骤：1、进入后处理 POST1，恢复数据库；2、建立位置、事件和载荷的数目，定义材料疲劳性质，确定应力位置和定义应力集中系数；3、存储不同事件和不同载荷下关心位置的应力，并指定事件的重复次数和比例系数；4、激活疲劳计算；5、查看结果。
第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下，出现断裂破坏的现象。
例如一根能够承受 300 KN 拉力作用的钢杆，在 200 KN 循环载荷作用下，经历 1,000,000 次循环后亦会破坏。
导致疲劳破坏的主要因素如下：载荷的循环次数；每一个循环的应力幅；每一个循环的平均应力；存在局部应力集中现象。
真正的疲劳计算要考虑所有这些因素，因为在预测其生命周期时，它计算“消耗”的某个部件是如何形成的。
3.1.1 ANSYS程序处理疲劳问题的过程ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)第三节(和第八节第二部分)作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和Mimer累积疲劳准则。
除了根据 ASME 规所建立的规则进行疲劳计算外，用户也可编写自己的宏指令，或选用合适的第三方程序，利用 ANSYS 计算的结果进行疲劳计算。
《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》讨论了上述二种功能。
ANSYS程序的疲劳计算能力如下：对现有的应力结果进行后处理，以确定体单元或壳单元模型的疲劳寿命耗用系数(fatigue usage factors)(用于疲劳计算的线单元模型的应力必须人工输入)；可以在一系列预先选定的位置上，确定一定数目的事件及组成这些事件的载荷，然后把这些位置上的应力储存起来；可以在每一个位置上定义应力集中系数和给每一个事件定义比例系数。
3.1.2 基本术语位置(Location)：在模型上储存疲劳应力的节点。
这些节点是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。
事件(Event)：是在特定的应力循环过程中，在不同时刻的一系列应力状态，见本章§3.2.3.4。
载荷(Loading)：是事件的一部分，是其中一个应力状态。
应力幅：两个载荷之间应力状态之差的度量。
程序不考虑应力平均值对结果的影响。
3.2 疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
疲劳就是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下,出现断裂破坏的现象。
例如一根能够承受 300 KN 拉力作用的钢杆,在 200 KN 循环载荷作用下,经历 1,000,000 次循环后亦会破坏。
导致疲劳破坏的主要因素如下:载荷的循环次数;每一个循环的应力幅;每一个循环的平均应力;存在局部应力集中现象。
真正的疲劳计算要考虑所有这些因素,因为在预测其生命周期时,它计算“消耗”的某个部件就是如何形成的。
3、1、1 ANSYS程序处理疲劳问题的过程ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉与压力容器规范(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)第三节(与第八节第二部分)作为计算的依据,采用简化了的弹塑性假设与Mimer累积疲劳准则。
除了根据 ASME 规范所建立的规则进行疲劳计算外,用户也可编写自己的宏指令,或选用合适的第三方程序,利用 ANSYS 计算的结果进行疲劳计算。
《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》讨论了上述二种功能。
ANSYS程序的疲劳计算能力如下:对现有的应力结果进行后处理,以确定体单元或壳单元模型的疲劳寿命耗用系数(fatigue usage factors)(用于疲劳计算的线单元模型的应力必须人工输入);可以在一系列预先选定的位置上,确定一定数目的事件及组成这些事件的载荷,然后把这些位置上的应力储存起来;可以在每一个位置上定义应力集中系数与给每一个事件定义比例系数。
3、1、2 基本术语位置(Location):在模型上储存疲劳应力的节点。
这些节点就是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。
事件(Event):就是在特定的应力循环过程中,在不同时刻的一系列应力状态,见本章§3、2、3、4。
载荷(Loading):就是事件的一部分,就是其中一个应力状态。
应力幅:两个载荷之间应力状态之差的度量。
程序不考虑应力平均值对结果的影响。
3、2 疲劳计算完成了应力计算后,就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
这里有2个事件，2个载荷，ANSYS疲劳分析是通过雨流计数法进行计数的。
首先它会从大到小找出应力幅值。
最大的应力幅值为：事件1的载荷1 和事件1的载荷2 组合
应力幅值= (E1L1-E1L2)/2 = MPa
MPa 对应疲劳曲线上的次数（许用次数7779）
实际循环次数为5次所以损伤系数为5/7779=
第二大的应力幅值为：事件2的载荷1 和事件2的载荷2 组合
应力幅值= (E2L1-E2L2)/2 = MPa
MPa 对应疲劳曲线上的次数（许用次数）
实际循环次数为5次所以损伤系数为=
累积损伤系数为+=<1 符合要求。
这里事件没有交叉组合，比较容易理解，如果事件有交叉的话，使用过
的次数要从实际循环次数中减去，依次求的各种组合的系数，最后相加。
你这个都比较简单了，没考虑弹塑性应变的修正，如果一次加二次应力幅值
超过了3Sm，是要用一个大于1的修正系数对应变幅进行修正，也即对应力幅的修正。
应力幅度不是单纯地用2个载荷组合的结果直接相减再除以2，而是要用6个应力分量
先相减，然后再重新组合成应力强度幅度。
如果事件和载荷很多的话你是没办法直接
用FSNODE从模型存储结果的，要人工存储FS, 总之要深入是件很复杂的事。
很多人认为应力幅就是2个应力直接相减，那是错误的观念，不同载荷主应力方向都
在变化你能直接相减吗得先求得6个分量的幅度，然后在组合成第三强度或者第四强度
的等效应力幅。
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。
利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析ANSYS是一款常用的工程仿真软件，具有强大的分析功能。
在进行随机疲劳分析时，可以利用ANSYS的随机振动分析功能来模拟随机加载下的疲劳损伤。
随机疲劳分析是一种考虑工作载荷随机性对结构疲劳寿命影响的方法。
通过采用随机振动分析，可以考虑到工作载荷的随机特性，进一步分析结构的疲劳损伤。
ANSYS中的随机振动分析功能可以通过以下步骤来进行：1.几何建模：首先，需要进行结构的几何建模。
使用ANSYS的几何建模工具可以创建出要进行疲劳分析的结构。
2.材料属性定义：在进行材料属性的定义时，需要确定材料的弹性模量、泊松比、密度和疲劳参数等。
可以根据材料的材料数据手册来获取这些参数。
3.边界条件设置：在进行随机振动分析时，需要设置结构的边界条件。
这些边界条件可以是结构受到的随机外载荷或者是结构与其他部件的接触情况。
4.加载设置：在进行随机振动分析时，需要设置结构受到的随机载荷。
这些载荷可以是来自于实际工况的随机载荷，也可以通过振动台试验数据等手段获取。
5.随机振动分析：利用ANSYS的随机振动分析功能，可以进行频域分析或时域分析。
频域分析可以用于计算结构的响应功率谱密度，时域分析可以用于计算结构的随机响应。
6.疲劳寿命计算：在获得结构的随机响应后，可以进行疲劳寿命计算。
根据结构的随机响应和材料的疲劳性能参数，可以使用ANSYS的疲劳分析功能来计算结构的疲劳寿命。
通过以上步骤，可以利用ANSYS的随机振动分析功能实现随机疲劳分析。
这种方法能够更全面地考虑结构在实际工作环境下的疲劳寿命，为结构的设计和改进提供准确的参考。
需要注意的是，在进行随机疲劳分析时，需要对随机载荷进行合理的统计分析，获取载荷的概率密度函数。
如果没有足够的载荷数据，也可以使用统计模型进行估计。
此外，还需要对材料的疲劳性能参数进行准确的测定，以保证疲劳寿命计算的准确性。
总之，利用ANSYS的随机振动分析功能进行随机疲劳分析是一种有效的方法，可以更准确地评估结构在随机工作载荷下的疲劳性能，为结构的设计和改进提供有力的支持。
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。
涡轮机械疲劳强度分析与优化设计引言：涡轮机械在现代工业中扮演着重要的角色，广泛应用于航空、航海、电力等领域。
然而，由于涡轮机械长期运行在高温、高速、高压等恶劣条件下，机械疲劳问题逐渐凸显。
因此，研究涡轮机械的疲劳强度分析与优化设计具有重要意义。
一、涡轮机械疲劳强度分析1.1 材料疲劳性能分析涡轮机械常使用的材料如钛合金、高温合金等，其疲劳性能直接影响机械的寿命和安全性。
通过疲劳试验，可以获得材料的应力-寿命曲线，进而分析材料的疲劳强度。
1.2 应力分析涡轮机械在工作过程中受到的应力是引起机械疲劳的主要因素之一。
通过有限元分析等手段，可以模拟涡轮机械在运行状态下的应力分布，并计算应力集中区域的应力水平，为疲劳分析提供依据。
1.3 疲劳裂纹扩展分析涡轮机械的长期运行会导致表面的微裂纹逐渐扩展，进而引发机械的疲劳断裂。
通过裂纹扩展分析，可以预测机械寿命以及维修周期，提前采取相应的维护措施。
二、涡轮机械疲劳强度优化设计2.1 结构优化设计在涡轮机械的设计阶段，可以通过结构优化手段改善机械的疲劳强度。
例如，通过增加材料的厚度、优化零件的几何形状等，减少应力集中问题，提高机械的抗疲劳能力。
2.2 材料选择优化材料的选择直接影响涡轮机械的疲劳性能。
在设计阶段，可以对不同材料进行疲劳性能对比分析，选取合适的材料以提高机械的疲劳强度。
2.3 加工工艺优化加工工艺的优化对于提高涡轮机械的疲劳强度同样重要。
例如，采用先进的焊接技术、精确的加工设备等，可以减少缺陷出现的概率，提高机械的耐久性。
三、实例分析在某航空发动机的涡轮叶片上，经常出现断裂的问题，导致机械的寿命较短。
通过对该涡轮叶片的疲劳强度分析发现，其受到了较大的应力集中。
针对该问题，设计团队优化了叶片的几何结构，并采用了新的高温合金材料。
通过再次疲劳测试发现，改进后的涡轮叶片的寿命明显提高，成功解决了断裂问题。
结论：涡轮机械疲劳强度分析与优化设计对于提高机械的寿命和安全性至关重要。
一款涡轮增压器热机疲劳分析及试验验证[秦承军，吴书朋，王海滨， Liang, Erwin][霍尼韦尔综合科技有限公司交通运输部门，201203][ 摘要 ] 车用涡轮增压器可以提高发动机输出功率和扭矩，提高车辆低速响应特性，提升燃油经济性，帮助发动机设计轻量化，满足排放标准而成为当前汽车市场的热点。
其原理简单，但是处于瞬态高温工作环境下，加上低成本的材料要求使其工作在接近材料极限温度的条件下，其力学行为和强度评估非常复杂。
霍尼韦尔增压器业务结构强度部门根据工程需要开发的高温热-机械疲劳评估模型和方法可以有效解决增压器的强度失效问题。
本文针对一款车用柴油涡轮增压器旁通阀口在发动机上的耐久性试验中的开裂问题，运用该模型和方法，结合工程经验，找出失效原因，提出了解决方案，实物试验验证了该解决方案的有效性。
[ 关键词 ]霍尼韦尔，涡轮增压器，热应力，失效，热-机械疲劳(TMF)TMF Life Evaluation and Validating by Testing for oneTurbocharger[Qin, Chengjun； Wu, Shupeng; Wang, Haibing; Liang, Erwin][Honeywell HTSC-TS, 201203][ Abstract ] The turbocharger is a hot spot in automotive industry since it enhance the engine power and torque without any emission tradeoff; It improve vehicle low speed response and fueleconomy; And it get engine smaller and lighter. Though, turbocharger working principleisn't complicated. It is not easy to know clearly its structure mechanics behaviors, strengthand life evaluation due to the very high temperature operation condition with possiblecheapest material selection. Honeywell Turbo Technology developed serials modeling andmethodology to solve the engineering issue. It includes the gas flow and thermal boundarycondition for turbine housing, Chaboche model parameter for TMF (thermo-mechanicalfatigue) life evaluation, etc. This paper introduce a practice using these modeling andmethodology to solve successfully a waste gate crack issue occurred in one dieselturbocharger endurance test on engine.[ Keyword ] Honeywell, Turbocharger, thermal stress, failure, thermo-mechanical fatigue (TMF).1前言涡轮增压器是利用发动机排出废气的热能和动能来压缩空气以增加发动机进气量，在保持发动机工作效率不变和不加大发动机排量的情况下可以有效提高发动机的功率及扭矩。
由于其具有提高车辆低速响应特性，提升汽车燃油经济性，有利于发动机设计轻量化，特别是有助于满足要求日益严格的车辆排放标准法规等一系列优点。
在当今世界包括中国汽车市场中成为热点并得到了广泛的应用，霍尼韦尔公司增压器部门生产的盖瑞特牌（Garrett）涡轮增压器在业界不论全球市场还是技术都处于领先地位，拥有多项增压器相关专利，是中高端汽车品牌提升车辆性能和体现品牌品质的保证。
图1 发动机-涡轮增压器系统原理图虽然涡轮增压器的原理非常简单，但是由于它直接处于发动机排气侧，来自于发动机排气的热量和冲击使得增压器在汽车运行过程中处于复杂的工作状态，承受着非常严酷的瞬态热负荷。
除了精密的轴承系统和气动叶轮部件可能因此产生各种问题外，涡壳材料因为处于很高的温度以及快速、大范围的温变状态下长期工作也容易导致出现热-机械疲劳强度失效及蠕变强度失效等相关问题。
本文针对一款车用柴油涡轮增压器旁通阀口在发动机试验中出现的开裂问题及其解决方案进行探讨，以冀增加对复杂几何结构热应力强度失效问题的了解和解决此类问题的一些工程经验。
文中部分数据出于保密要求未详细给出。
2 涡壳旁通阀口发动机试验中的开裂失效及解决方案霍尼韦尔公司为客户开发的一款柴油涡轮增压器在客户发动机上进行耐久性试验后，在低压端涡壳的旁通阀口区域出现了贯通裂缝。
因为该区域需要控制气体是否通过，该处此类裂缝的存在可能造成气体泄漏量超限而使整机工作性能下降或失效，需要通过力学分析来查找导致开裂的原因，进而指导改进设计以尽可能减小或者避免这种开裂。
2.1 产品介绍下图2所示为涡轮增压器的示意图。
涡壳材料采用SiMo 类的球铁，通过高压端涡壳进气口法兰位置处的控制阀门和发动机排气侧相连。
整个产品零件多，热端相对复杂的几何设计会造成在瞬态热负荷下的材料热惯性效应相互影响，涡壳内的瞬态热量传递分布过程变得复杂。
2.2 失效形式和原因分析该增压器按照客户标准在客户的发动机上经受耐久性试验，试验中增压器进气温度在200℃到830℃之间循环变化，试验后在低压端涡壳旁通阀口区域发现开裂的情况，如下图所示。
图2 涡轮增压器的示意图可以在阀座端面上清晰地看到贯通旁通阀出口气道壁厚的裂缝，尤以图中标示位置A 处的贯通裂缝最为严重，且在同一位置存在两条邻近裂缝，表明A 处的热机疲劳寿命强度最薄弱。
此类贯通性裂缝会造成超限的气体泄漏量，应该通过设计更改尽量减轻或消除。
根据产品的高温运行条件和开裂所在位置，可以初步判断此开裂和该区域的温度分布和热应力有关。
因此通过有限元分析进行了弹塑性数值仿真来确认造成失效的原因。
因为只是关心排气旁通阀气道区域的力学行为，在分析中仅考虑热端的涡壳，不包括中间体、冷端的压气机壳以及尾气处理装置等，以减少有限元模型的规模，缩短分析时间。
结构热应力，特别是随着瞬态热负荷变化的增压器结构热应力，其高温下的力学行为比较复杂，本例中增压器涡壳内气体温度在200℃到830℃变化会导致材料的屈服强度、抗拉强度等在高温段迅速下降；高温下金属材料的蠕变行为会影响热应力的变化，可能加速疲劳破坏；发动机高温废气形成的氧化腐蚀环境下的加速疲劳破坏；增压器涡壳材料工作温度接近其极限温度等，导致高温热应力条件下的增压器结构强度失效问题非常复杂，目前的理论还不能完满地阐释清楚其机制，仍然需要通过实践来解决很多不确定的因素。
霍尼韦尔公司对此进行了多年的研究试验，开发了一系列适合工程应用的方法和工具，从确定热边界的方法，数值仿真模型的建立，到失效强度评估模型的研究等，已经具备一系列经过试验验证的方法和流程，保证了在公司内广泛推行基于分析的设计的可行性。
为找到本产品开裂的原因，我们使用ANSYS 通用仿真软件系统进行了分析，在仿真中运用公司开发的方法和流程，获得在客户发动机的瞬态热负荷条件下，应变增量稳定后在热端涡壳上的瞬态温度，弹塑性热应力-应变等。
重点关注低压端涡壳旁通阀口区域的温度分布情况和热应力-应变分布情况，除了评估开裂区域的温度、应力、应变外，同时选用了基于Chaboche 强度理论的热-机械疲劳失效模型对开裂区域在瞬态循环热负荷条件下的热-机械疲劳寿命进行了评估。
在应力和疲劳寿命的评估中未考虑高温蠕变的影响。
数值分析结果表明，旁通阀口区域是温度较高的区域，存在明显的塑性变形和较高的热应力。
下图4是当高温废气通过增压器终了时刻，旁通阀口区域附近的温度分布；图3 低压端涡壳旁通阀口区域的开裂情况图AAA下图5是热负荷循环后的累积塑性应变分布。
下面图6是仿真分析得到的该区域开裂位置A 处在瞬态热负荷在一个循环周期内的温度、应力变化的时程曲线。
表1是开裂位置A 的数值仿真应力应变和温度、寿命数据。
图5 旁通阀口区域的累积塑性应变分布图 图4 低压端涡壳旁通阀口区域的温度分布图[注1] 表中应力比是某时刻应力和该时刻材料抗拉强度的比值从上面图表数据可以看出，旁通阀出口附近区域的高温区范围较大，温度较高，而金属材料在高温下的强度极限是比较低的，这是该处会产生开裂的基本工作环境；该区域有多个气体通道，设计了较多的几何构造特征来实现设计意图和产品功能，这些特征较多且相互间的影响关系复杂，使得阀座周边的刚度分布不合适，在温度变化过程产生的结构自由热膨胀相互受到限制使材料进入塑性，产生了较高的热应力和应力比，导致结构出现热机疲劳初始裂纹的寿命较短。
位置A 处数值仿真显示为最危险位置和实际试验相符。
关键物理量数值 热-机械疲劳寿命 （循环数）2,500循环终了的累计塑性应变 0.176% 最大主应力 (MPa)382最大主应力比[注1]0.663最小主应力 (MPa)-195最小主应力比-0.952最高温度 （℃）791图6 开裂位置A 处的应力温度时程曲线表1 开裂位置A 处的关键应力应变和温度、寿命数据2.3针对失效的解决方案根据上一节的数值仿真和原因分析，我们可以根据开裂的原因进行针对性的设计改进，其目标不外乎就是希望某些改进能导致结构的热-机械力学行为出现如下的变化：（1） 开裂位置及其周边较大区域内的金属温度能有显著降低。
这能够使结构的金属材料工作在较低的温度，从而具有更高的屈服强度和抗拉强度，提升材料抵抗开裂的能力。
（2） 在开裂位置局部的热应力能够明显降低。
这可以让造成开裂的能量得以减少而避免该处的裂纹萌生。
这种热应力的降低既可以是改善结构局部的不连续或应力集中获得；也可能是通过在该区域较大范围内改变其结构刚度分布来减少对自由热膨胀的相互限制来实现。
（3） 避免失效处较大的热应力出现在金属材料的高温段，尽量让瞬态变化中的高应力（特别是拉应力）和高温度出现时刻隔开较长的时间。
（4） 其它措施如采用更好的材料，降低发动机热负荷等。
