疲劳--nCode
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疲劳带来的危害
95%的断裂都是由于疲劳引起的；
通过疲劳耐久性分析，50%是可以避免的；
疲劳损伤定义
疲劳损伤：在交变载荷作用下，裂纹的萌生或扩展的过程。
特点：
- 逐步损伤
- 多次循环加载后，结构累了，成为疲劳
- 几乎所有的结构部件都会收到交变载荷的作用。
疲劳的三个阶段：
裂纹的萌生，滑移带产生，穿过两三个晶格的过程；
- 裂纹稳定扩展，宏观裂纹阶段；
- 快速断裂。我们只关注第一第二阶段。
总的寿命=裂纹萌生+裂纹扩展。
疲劳的几个核心特征量：
以下5个参数，任意两个量可以描述全部。对于疲劳分析使用最多的是应力比和应力范围（幅值）。
疲劳分析方法
- 耐久性研究方法主要有疲劳分析方法（分为应力疲劳和应变疲劳）和断裂力学分析方法。
- 我们主要研究疲劳分析方法，其中应变疲劳比应力疲劳方法更有优势。
应力疲劳：使用弹性应力和SN曲线，（SN曲线横轴是次数，纵轴是应力幅或应力范围）
很多时候使用的SN曲线是平均应力为0的曲线，如果平均应力不为0的话，需要修正,或者做很多实验。
应变疲劳：使用弹塑性应变和曲线，试用低周和高周疲劳。采用总应变-寿命关系进行描述。
循环应力应变曲线，是弹性应变与寿命的关系与塑性应变与寿命的关系之和。
疲劳数值计算的5个要素
- 有限元分析结果
有限元分析结果（稳态问题）大部分不和时间有关，也可以是瞬态的。（一般对于应力计算结果，节点应力与单元应力值两者差距在5%以内是ok的）；
- 材料----是疲劳计算的关键；
- 载荷映射----载荷映射是将静态解转换为交变解的过程。
- 根据实际工况确定载荷的变换情况来映射载荷，也可以根据国标确定。
- 载荷映射的类型：时间序列--横幅载荷--时间步载荷--温度载荷--Hybird载荷--振动载荷--Duty Cycle；
疲劳分析一般步骤
基本流程（以SN分析为例）
载荷映射
时间序列载荷
- Time series --连接静力学模块。
- 通道的概念，不同通道对应不同时间序列载荷。1个载荷步就对应一个通道。线性问题才具有可叠加性。
- offset可以考虑残余应力。
恒定幅值载荷---输入最大值和最小值，点与点之间靠直线连接。
- 恒定幅值没有频率。寿命只代表循环，需要知道一个周期的时间。
时间步载荷（Time Step）
- 关联的是瞬态动力学，比如做齿轮接触，齿轮啮合一周的时间。
- 静力学设置的时间步 time 与疲劳计算结果没有关系。（已验证）
材料
材料组参数面板---双击默认材料组----一般不调
- 载荷可以在材料、载荷、分析三个地方调节缩放因子。
粗糙度的设置
知乎（表面粗糙度）
https://zhuanlan.zhihu.com/p/24954549
- 关于粗糙度的设置，基于德国FKM手册的方法，只对于下面表格中材料有效。其中材料编号对应的材料可在nCode的帮助文档中找到。
S-N生成自定义材料--疲劳属性的估计
- 估计疲劳属性参数----抗拉强度--方差（统计、离散度）方差一般设置为0.1（跟计算引擎中设置的存活率相关）。
疲劳参数估计提供了4种材料：有色金属、铝合金...
SN计算设置
SN引擎（前4种常用）
- 标准--计算引擎和材料类型要匹配；一般都是自己估计的材料才是标准曲线的。选用标准的SN求解器材料一定要选择标准的SN曲线。
- 多平均应力曲线--材料多平均应力材料
- 多应力比曲线--材料用多应力比材料
- Haigh图-等寿命曲线
- 多温度曲线
- 非线性--蠕变
数据决定了使用什么求解器
应力组合方法
推荐使用前四种，Criticalplane（临界面）最常用。
平均应力修正：进行等寿命转换
推荐使用FKM方法，700材料，没有相关参数，用goodman偏保守。
多轴评估方法
正常使用Auto就可以了，自动话程度比较高，如果平均应力组合使用“危险面（临界面）”的话，建议使用Standard。
存活率
疲劳实验给的数据为存活率为50%（N50）的SN曲线。
x = μ +uσ
这里的μ对应的为50%存活率下的值，u对应的是设置的存活率的值，σ对应的方差，输入曲线时方差设置为0和存活率设置为50%得到的效果是一样的。但是由于置信度的存在，实际软件计算的值要更保守，由于样本已经考虑了置信度，此时标准差设置为0，比较准确。
小循环修正--可以使用BS7608 过了NC1之后才有用
事件处理：只有载荷是占空比才有意义
应力梯度修正：算应力集中系数。采用Auto就好了。
对于表中材料有用。
插值限制，一般使用外推
只对多应力比曲线和平均应力曲线有效。
反演单轴计算--算安全系数
EN计算设置
稳态环是用于计算平均应力修正E-N曲线
应变组合方法--推荐 临界面
平均应力修正--
多轴评估建议使用Auto
弹塑性修正 HoffmannSeeger
塑性极限载荷修正Seeger-Heulaer
振动疲劳计算设置
振动疲劳主要是基于有限元频响分析的结果，功率谱密度作为载荷映射计算得到的统计值。
对于某些软件如Hyperlife，可以直接根据随机振动结果计算振动疲劳，另外，CAEfatiage在振动疲劳上比较有优势。
总结
疲劳分析的基本步骤：
- 疲劳试验
- 获得S-N（EN）曲线
- 调整S-N曲线 缺口 粗糙度
- 对应力历程数据进行雨流计数---查SN曲线
- 对循环计算疲劳损伤 线性累加
- 疲劳计算就是一个数据查表整理的过程，在查表的过程中可能查的不是最初给的曲线，而是软件修正后的曲线，因为实际疲劳计算的模型和试件之间的差异，所以需要修正。对于表面粗糙度、加工方式等修正方法和数据是根据实验和小部分是根据理论来的。
- 在进行结构疲劳分析的时候，SN 曲线/EN曲线是必须要用到的，初学者很容易犯概念错误：误以为 SN曲线中的S指的应力，以为SN曲线是应力和寿命的对应关系，这样做了有限元计算之后，知道了各个点的应力值，然后根据SN曲线中的应力-寿命关系，直接得到各个点的寿命，这是典型的概念理解错误。SN曲线中的 S不是指应力，而是指载荷谱（常幅载荷谱）的应力幅(Stress Amplitude)或者应力范围(stress range)。有的软件计算的时候，使用应力幅，有的使用应力范围，应力幅度是应力范围的1/2。不管应力幅还是应力范围，都是一个差值，反映的是常幅载荷谱的应力变化值的大小，跟应力本身没有直接的关系，只有在平均应力为0的时候，应力幅恰好等于常幅载荷谱的最大应力。
在疲劳计算中，有几个关键问题：
(1)如何在材料的S-N曲线中的应力与有限元计算的应力进行等效对比，这个在Ncode中称为应力组合；
(2)如果受条件限制，只能做一组疲劳数据，而模型的实际工况可能比较复杂，因此就需要引入平均应力修正方法
(3)由于疲劳试验时，试棒的表面是光滑的，而实际的模型可能表面是粗糙，也可能存在应力集中，因此需要对S-N曲线进行修正。
参考教程
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