CAE Fidesys 9.0 Руководство пользователя

Усталость

Введение

Анализ прочностных характеристик при действии нагрузок, систематически изменяющих свою величину или величину и знак, существенно отличается от анализа прочностных характеристик при действии статических и ударных нагрузок. Поэтому вопрос о проверке прочности материала при действии переменных нагрузок требует особого внимания.

В программном комплексе Fidesys, начиная с версии 7.0, появилась возможность оценивать прочность при возникновении циклических напряжений с помощью фильтра "Усталость".

Описание работы фильтра

Для корректной работы фильтра необходимо провести статический или динамический расчеты.

Настройки фильтра можно посмотреть в главном меню постпроцессора во вкладке "Фильтры".

Рисунок 1 - Фильтр "Усталость" в общем списке фильтров постпроцессора

В фильтре реализованы следующие настройки расчета:

• Теория коррекции среднего напряжения;

• Тип цикла;

• Коэффициент снижения усталости;

• Количество циклов;

• Компонента напряжения;

• Данные кривых Вёлера.

Рисунок 2 - Настройки фильтра "Усталость"

"Компонента напряжения" - выбор компоненты напряжения, полученной в расчете, для анализа усталостных характеристик.

"Количество циклов" показывает сколько раз конструкция подвергается заданному внешнему воздействию.

Остальные настройки фильтра "Усталость" описаны ниже.

Теория коррекции среднего напряжения

Размах знакопеременного напряжения цикла напряжений вычисляется как половина диапазона напряжения в цикле. Величина разрушения, вызванного циклом напряжений, зависит не только от знакопеременного напряжения, но также от среднего напряжения. Например, два цикла ниже имеют одинаковое знакопеременное напряжение, но так как они имеют различные средние значения напряжения, они вызовут различные количества разрушений.

Рисунок 3 - Два цикла с различными средними напряжениями

В программном комплексе Fidesys среднее напряжение можно учитывать с помощью теорий коррекции среднего напряжения: Гудмана, Гербера, Содерберга, Эллиптической.

Таким образом, амплитудное напряжение с учетом теории коррекции среднего напряжения можно определить следующим образом:

Рисунок 4 - Амплитудное напряжение с учетом теории коррекции среднего напряжения (слева направо : Гудман, Гербер, Содерберг, Эллиптическая)

В данных формулах введены следующие обозначения:

• S_ac - амплитудное напряжение с учетом коррекции;

• S_a - амплитудное напряжение;

• S_m - среднее напряжение;

• S_y - предел текучести;

• S_ul - предел прочности.

Коэффициент снижения усталости

Испытания материалов на усталостные свойства обычно проводятся в строго определенных условиях. Если условия эксплуатации деталей отличаются от условий, в которых они подвергались испытаниям, можно применить модификационные коэффициенты, чтобы попытаться учесть разницу. Амплитудное напряжение обычно делится на этот коэффициент модификации (в данном случае - коэффициент снижения усталости). Деление амплитудного напряжения эквивалентно умножению предела усталостной прочности на коэффициент снижения усталости. Коэффициент снижения усталости уменьшает усталостную прочность и должен быть меньше единицы. Обратите внимание, что этот коэффициент применяется только к амплитудному напряжению и не влияет на среднее напряжение.

Данные кривых Вёлера

При расчете усталостной прочности необходимо для каждого материала задавать кривую Вёлера.

Кривая Вёлера - кривая зависимости амплитудного напряжения от числа циклов до разрушения материала.

Пример кривой Вёлера представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Образец кривой Вёлера

По оси абсцисс - количество циклов до разрушения материала, по оси ординат - амплитудное напряжение.

Кривые Вёлера импортируются одной таблицей csv формата.

Пример таблицы кривых Вёлера для двух материалов представлены на рисунке ниже.

Рисунок 6 - Образец кривых Вёлера для двух материалов

Таким образом, кривые Вёлера (N_1,S_1) и (N_2,S_2) относятся к материалам id = 1 и id = 2, заданным в препроцессоре.

Тип цикла

В Fidesys доступно задание симметричного, околонулевого, ассиметричного циклов нагружения.

При задании ассиметричного цикла необходимо задать коэффициент ассиметрии в пределах от -1 до 1.

В симметричном и околонулевом циклах коэффициент ассиметрии равен -1 и 0 соответственно.

Рисунок 7 - Типы циклов, доступные в Fidesys (слева направо : симметричный, околонулевой, ассиметричный)