Code_Aster疲劳分析
理论：从应力历程到寿命
概述
Code_Aster的疲劳分析是用与应力分析不同的命令进行的吗？
是的。疲劳作为应力分析的“后处理”来评估。先用静力或瞬态分析求出随载荷变化的应力，再提取评估点的应力时间历程交给POST_FATIGUE。POST_FATIGUE用雨流法把历程分解为循环，进行平均应力修正，由材料中定义的S-N曲线求出各循环的损伤，并按Miner法则累加。应力为多轴且主应力方向变化时，用POST_FATIGUE的多轴准则或CALC_FATIGUE，以临界面法等求整个结构的损伤分布。Code_Aster长期用于法国电力公司核设备的评估，因此也提供了遵循压力容器规范（RCC-M）的评估流程。
平均应力修正、S-N曲线与Miner法则
σ_a为幅值，σ_m为平均应力，σ_u为抗拉强度，σ_ar为修正后的等效幅值，σ_f′和b为Basquin公式的常数，N为至破坏的循环次数，n为该循环的次数，D为累积损伤（达到1时破坏）。
像雨水流下屋顶一样计数
雨流计数法由九州工业大学的远藤达雄和松石正克于1968年提出。把应力历程图竖起来，用雨水沿屋顶（宝塔）流下的样子来比喻计数，因而得名。即使是不规则载荷，它也能提取与材料实际形成的滞回环相对应的循环，如今在汽车、航空和核电各领域都是标准方法。
算例
例：短应力历程的损伤（假设钢：抗拉强度600 MPa，σ_f′ = 900 MPa，b = −0.09）
应力历程（MPa）：0 → 250 → −50 → 150 → 50 → 200 → −150 → 0。雨流计数得到以下循环。
| 应力范围 | 平均 | 次数 | Goodman修正后幅值 | 破坏循环次数N |
|---|---|---|---|---|
| 250 | 125 | 0.5 | 157.9 | 1.25×10⁸ |
| 100 | 100 | 1 | 60.0 | 5.84×10¹² |
| 250 | 75 | 1 | 142.9 | 3.81×10⁸ |
| 400 | 50 | 0.5 | 218.2 | 3.44×10⁶ |
| 150 | −75 | 0.5 | 75.0 | 4.90×10¹¹ |
每个载荷块的损伤为1.52×10⁻⁷，重复约660万次后破坏。损伤的约95%来自应力范围400 MPa的半循环（最初的峰250 MPa与后来的谷−150 MPa）。不做平均应力修正时寿命约为1,780万个载荷块，高估2.7倍。
我把很长的测量数据按天分成多个文件，分别计算疲劳后把损伤相加。这样有问题吗？
可能会漏掉最大的循环。本例中损伤大部分来自历程最初的峰与接近末尾的谷构成的400 MPa循环，把历程中途切断就无法配对，会被拆成较小循环的各一半。疲劳损伤与幅值的高次方（本例约11次方）成正比，丢掉最大幅值的循环会大大高估寿命。分段处理时，应把各段剩余的未完成半循环连起来最后再做一次雨流计数，或者另外加上一个跨越全程最大值和最小值的循环。另外评估点不同历程也不同，不仅要检查应力最大点，还要检查幅值与平均应力组合最严酷的点。
实务流程
- 按载荷工况进行应力分析，确定评估点和评估的应力分量（或等效应力）。
- 把S-N曲线定义为材料中的函数，并给出抗拉强度等平均应力修正所需的值。
- 在POST_FATIGUE中指定雨流计数和Goodman等修正，求出损伤。
- 先用能手算的简单历程确认结果，再处理实际载荷历程。
- 多轴情况下用临界面法等查看整个结构的损伤分布，确认最危险的点。
“确认S-N曲线的单位和定义”
疲劳计算中最常见的错误之一，是弄错S-N曲线的定义。纵轴是幅值还是范围，横轴是循环次数N还是反向次数2N，应力单位是MPa还是Pa，都会使寿命相差几个数量级。Code_Aster会原样使用作为函数给出的曲线，因此抄录文献中的曲线时，要确认它是按哪种定义绘制的，并先用可手算的恒幅情况确认寿命与文献一致。
常见错误
错误与对策
| 错误 | 后果 | 对策 |
|---|---|---|
| 分段计数 | 漏掉最大循环 | 连接剩余部分重新计数 |
| 忽略平均应力 | 高估寿命 | 用Goodman等修正 |
| 幅值与范围混淆 | 寿命差几个数量级 | 确认S-N曲线定义 |
| 只评估应力最大点 | 漏掉危险点 | 查看损伤分布 |
| 多轴用一个等效应力评估 | 忽略主应力方向旋转 | 临界面法 |
我想了解相关内容。