| 金属材料疲劳性能的数值模拟 |
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> 模拟采用厚度为5 mm,宽度为10 mm板状试样,见图1。其基本力学性能见表1。
在模拟过程中,考虑了以下两个方面:①交变应力的应力幅值一定,循环应力的平均应力分别为-40 MPa、-20 MPa、0、20 MPa、40 MPa时存活率为50%的疲劳寿命;②平均应力一定,应力幅值分别为100 MPa、110 MPa、120 MPa、130 MPa、140 MPa、150 MPa、160 MPa时存活率为50%的疲劳寿命。本文根据对称关系,取1/4模型建模,见图2。材料的疲劳曲线(S-N曲线)是通过Fatigue软件根据材料抗拉强度生成的。
 2模拟结果与讨论
当交变载荷的平均应力不为零时,在计算的过程中要用到Goodman修正或者Gerber修正,此处采用Goodman修正的方法,当平均应力为零时,则不采用任何方法修正。图3为应力幅140 MPa,拉应力120 MPa,压应力160 MPa,平均应力-20 MPa,存活率为50 %的疲劳寿命分布云图。其他情况的疲劳寿命见表2、表3。
由表2可得平均应力与疲劳寿命的关系图,见图4。从图中我们可以看出,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小。也可以看出,金属材料受到交变载荷作用时,拉应力和压应力对疲劳的影响是不同的,若交变载荷
的拉应力大于压应力,则会对材料的寿命产生不利的影响,从而拉应力更容易产生疲劳。一般情况下,材料在受到拉应力时产生裂纹,受到压应力时会产生阻碍裂纹扩展的效应甚至裂纹闭合效应,所以,在正常使用时,尽量使材料减少受到这种载荷的影响。
图3疲劳寿命分布云图
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