電子器件 技術文件COMSOL-疲勞模塊-44

COMSOLMultiphysics疲勞模塊?2013COMSOL.Allrightsreserved.產品庫–版本4.4超過90%的機械服役失效是由疲勞引起的。COMSOL疲勞分析需要的幾個模塊

COMSOLMultiphysics所有專業(yè)模塊都需要

COMSOLMultiphysics基本模塊支持結構力學模塊疲勞模塊需要結構力學模塊支持可選拓展功能非線性結構材料模塊需要結構力學模塊支持多體動力學模塊需要結構力學模塊支持疲勞模塊的目的模擬反復加載卸載過程對結構組件完整性的影響根據(jù)不同的疲勞模型估計疲勞損傷評估幾何尺寸和材料選擇對疲勞的影響輪軸：

由旋轉載荷引起的表面疲勞。疲勞分析疲勞分析需要兩個步驟：負載循環(huán)模擬和計算疲勞模型。在循環(huán)加載中，可模擬重復加載或非重復加載在疲勞步驟中處理整個加載循環(huán)的歷史負載循環(huán)疲勞加載循環(huán)模擬載荷循環(huán)結構力學殼

板熱應力焦耳熱和熱膨脹壓電設備多體動力學粘彈性焊點：

以熱應力接口分析的熱-機械疲勞。疲勞模型基于應力FindleyMatakeNormalStress基于應變Smith-Watson-Topper(SWT)Wang-BrownFatemi-SocieCoffin-Manson基于能量MorrowDarveaux累積損傷RainflowCountingPalmgren-Miner疲勞模塊主要特征臨界面模型基于應力疲勞模型FindleyMatakeNormalStress基于應變疲勞模型Smith-Watson-Topper(SWT)Wang-BrownFatemi-Socie圓柱試樣：

三種不同判據(jù)下的疲勞分析。恒定負載循環(huán)基于應變疲勞模型彈塑性分析使用Neuber法則和HoffmannSeeger近似的切口假設非比例載荷下的剪切范圍分析最大位移外接圓有孔管：基于彈塑性響應的

SWT疲勞模型。計算時間11分鐘。有孔管：基于缺口假設的

SWT疲勞模型。計算時間4秒。高周疲勞和低周疲勞高周疲勞（HCF）基于應力低周疲勞（LCF）基于應變基于能量非線性材料的熱疲勞基于非彈性應變的疲勞Coffin-Manson用戶定義應變基于能量耗散的疲勞MorrowDarveaux用戶定義能量表面貼片電阻：基于能量損耗的熱疲勞

。變循環(huán)載荷載荷循環(huán)定義負載情況參數(shù)化掃描瞬態(tài)分析廣義加載雨流法計算應力主應力帶符號

vonMises（最大主應力）帶符號

vonMises（靜液應力）Palmgren-Miner損傷準則S-N曲線R-值相關風力發(fā)電機受到隨機載荷。廣義荷載的概念基于疊加原理結構響應由幾個廣義負載定義外部載荷根據(jù)加載歷史由多個廣義載荷施加由于加載歷史在疲勞步驟中由專用算法求解，能顯著提高計算速度適用于模擬長時間內常規(guī)隨機加載歷史用于線性問題有孔薄壁框架：外部載荷由三個廣義載荷情形施加。矩陣直方圖專用于疲勞分布參數(shù)繪圖

結果顯示了最可能的臨界點

可選三維高度選項繪圖疲勞模塊案例庫模型高周疲勞計算示例：以法向載荷和扭轉載荷對試樣做非均衡循環(huán)加載測試，計算疲勞。在同一求解步驟中計算了多種基于應力的疲勞判據(jù)（Findley，Matake，法向應力），這些常用于高周疲勞分析。多重分析計算在于找到臨界面并評估疲勞。大多數(shù)情況下疲勞始于表面，因此把它當作表面特征時評估效率較高。低周疲勞計算示例：

加載參數(shù)化正弦力的彈塑性圓柱體。求解了Smith-Watson-Topper這種疲勞模型。由疲勞模型接口中的截止參數(shù)來控制被看作無限壽命的使用壽命上限。由于塑性，有必要使用兩個載荷循環(huán)，獲得穩(wěn)定的循環(huán)應力。非線性材料響應由非線性結構材料模塊定義。彈性材料缺口效應示例：正弦加載的有孔圓柱體。孔周圍的非線性行為根據(jù)HoffmannSeeger近似的Neuber判據(jù)計算。應用線彈性材料，只需三個加載步驟就能涵蓋整個循環(huán)加載過程。

當載荷循環(huán)要從結構上卸載時，需要包含零解，因為近似基于等效應力。整個求解過程耗時4秒，如果應用彈塑性材料模型則需要11分鐘。累積損傷計算示例：受隨機載荷力作用的有孔薄壁框架，該結構以殼單元模擬。雨流循環(huán)計數(shù)算法將隨機應力數(shù)據(jù)轉化為離散的應力分布，累積損傷基于Palmgren-Miner線性損傷規(guī)則。循環(huán)載荷由三個廣義加載情形定義，代替上千的加載情形。長期的加載歷史按疊加處理，算法在疲勞步驟中處理應力循環(huán)數(shù)據(jù)，能顯著提交效率。非線性材料的熱疲勞示例：受熱循環(huán)載荷的微電子元件。球陣列中發(fā)生熱疲勞，用Anand粘塑性材料模型模擬。疲勞基于Darveaux模型，計算體平均能量損耗。整個模型做熱-機械耦合分析，確定臨界部位。重新分析了臨界焊點的精細子模型。使用拉伸耦合算子，將結構和熱結果導入到子模型，使得原來的多物理場模型簡