Анализ усталости

Примеры расчётов деталей на усталостную прочность

Чтобы выполнить расчёт на усталостную прочность, необходимо сначала исследовать действие статической нагрузки на изделие (т.е. выполнить статический анализ). Вычисленные в статическом анализе напряжения (эквивалентные или главные) будут использованы в расчёте усталости как амплитуды циклических напряжений.

Однособытийный усталостный расчет

Пусть на вал, изображенный на рисунке, действует нагрузка «Крутящий момент». Предполагаем, что при пуске вала или при его торможении возникает реверсивная нагрузка. Попытаемся определить, какое количество запусков и остановок выдержит вал при заданном крутящем моменте.

Итак, деталь находится под действием периодически изменяющейся со временем нагрузки, амплитудные значения которой симметричны относительно 0.

Сначала предполагаем, что нагрузка является статической (т.е. не изменяется во времени) и рассчитаем деталь, находящуюся под действием такой нагрузки на статическую прочность.

Статический Анализ

Для выполнения расчёта задачи Статического Анализа необходимо: 1. построить конечно-элементную сетку;

151

Руководство пользователя T-FLEX Анализ

2.задать материал задачи;

Вдальнейшем, при выполнении расчёта на усталостную прочность, потребуется, чтобы для материала задачи была определена кривая усталости. Поэтому необходимо задать кривую усталости для материала.

152

Анализ усталости

3. приложить нагрузки и задать ограничения;

Величина «Крутящего момента» равна 50 Н-м

После выполнения расчёта необходимо проанализировать полученные результаты. В частности нас интересует коэффициент запаса. Рассмотрим, например, «Коэффициент запаса по эквивалентным напряжениям».

Минимальное значение коэффициента запаса больше 1, следовательно, при статическом нагружении деталь не разрушится. Тогда имеет смысл рассматривать действие циклически изменяющихся нагрузок на данное изделие.

153

Руководство пользователя T-FLEX Анализ

Анализ усталости

Теперь, выполнив анализ детали на статическую прочность и убедившись в том, что при однократном нагружении не происходит разрушения детали, можем перейти к расчёту усталостной прочности.

Пусть теперь на деталь действует циклически изменяющаяся нагрузка «Крутящий момент». Цикл нагружения в дальнейшем зададим как симметричный (R= -1). Амплитуда циклических напряжений будет определена из напряжений, рассчитанных в статическом анализе.

Заметим, что амплитуду нагрузки можно масштабировать (уменьшать или увеличивать в несколько раз) при помощи «Коэффициента масштабного эффекта» (см. далее).

Создадим задачу Анализа усталости («Анализ|Новая задача|

Конечно-элементный анализ|Задача усталости»).

Создадим событие («Анализ|Событие»).

На вкладке «Свойства события» выберем рассчитанную статическую задачу и зададим параметры циклического нагружения: количество циклов, тип нагружения, метод коррекции напряжений (задаётся в том случае, если коэффициент асимметрии цикла R не совпадает с коэффициентом заданной кривой усталости), коэффициент масштабного эффекта (коэффициент масштабирования напряжений).

Также на вкладке «Свойства события» можно задать коэффициент местной концентрации напряжений (по умолчанию, коэффициент равен 1).

154

Анализ усталости

Перед расчетом задачи вы увидите информацию о заданных параметрах задачи усталости:

Результаты расчёта

1. Выработанный ресурс

Красные зоны на модели соответствуют участкам с повреждением на 100% и свидетельствуют о недостаточной устойчивости к действию циклических нагрузок в этих участках конструкции.

155

Руководство пользователя T-FLEX Анализ

Выработанный ресурс по эквивалентным напряжениям

2. Долговечность Зоны, отображаемые красным цветом, имеют наименьшую долговечность, а синим - наибольшую.

156

Анализ усталости

Долговечность по эквивалентным напряжениям

Данная группа результатов показывает, что деталь до разрушения выдержит следующее число циклов нагружения (т.е. количество запусков и остановок):

Таким образом, ориентируясь на наиболее употребительный критерий (эквивалентные напряжения), можно сделать заключение о недостаточной надёжности детали из заявленного количества циклов нагружения (20000 циклов).

157

Руководство пользователя T-FLEX Анализ

3.Коэффициент запаса показывает коэффициент запаса усталостной прочности при заданном циклическом нагружении (20000 циклов) и также говорит о возможных проблемах с усталостной прочностью данной детали как минимум по двум критериям.

Коэффициент запаса по эквивалентным напряжениям

158