MSCfatigue柴油发动机曲轴疲劳分析示例(精选)

疲劳分析流程fatigue样本

摘要：疲劳破坏是构造重要失效形式，疲劳失效研究在构造安全分析中扮演着举足轻重角色。

因而构造疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究重要内容之一。

机车车辆构造疲劳设计必要服从一定疲劳机理,并在系统构造可靠性安全设计中考虑复合疲劳设计技术应用。

国内机车车辆重要构造部件疲劳寿命评估和分析采用复合疲劳设计技术，国外从疲劳寿命理论计算和疲劳实验两个方面在疲劳研究和应用领域有诸多新发展理论办法和技术手段。

无论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳研究，对疲劳问题研究贡献颇多。

核心词：疲劳 UIC原则疲劳载荷 IIW原则 S-N曲线机车车辆一、国内外轨道车辆疲劳研究现状6月30日15时，备受关注京沪高铁正式开通运营。

作为新中华人民共和国成立以来一次建设里程最长、投资最大、原则最高高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。

京沪高铁开通，不但乘客可以享有到便捷与实惠，沿线都市也需面对高铁带来机遇和挑战。

在享有这些待遇同步，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆安全性绝对不容忽视。

依照机车车辆当代设计办法，对构造在规定做到尽量轻量化同步，也规定具备高度可靠性和足够安全性。

这两者之间经常浮现矛盾，因而，如何精确研究其核心构造部件在运营中使用寿命以及如何进行构造抗疲劳设计是构造强度寿命预测领域研究中前沿课题。

在随机动载作用下构造疲劳设计更是成为当前机车车辆构造疲劳设计研究重点，而如何预测核心构造和部件疲劳寿命又是将来机车车辆构造疲劳设计重要发展方向之一。

机车车辆承受外部载荷大某些是随时间而变化循环随机载荷。

在这种随机动载荷作用下，机车车辆许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后构造破坏形式经常是疲劳裂纹萌生和最后构造断裂破坏。

随着国内铁路运营速度不断提高，某些核心构造部件，如转向架构架、牵引拉杆等都浮现了某些断裂事故。

因而，机车车辆构造疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期必要过程之一，而通过有效计算办法预测构造疲劳寿命是构造设计重要目的。

MscFatigue疲劳分析实例指导教程(2024)

2024/1/29
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MscFatigue软件介绍与操作
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指南
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软件背景及功能特点
专注于疲劳分析
MscFatigue是一款专业的疲劳分析软件，适用于各种材料和结构的疲劳
寿命预测。
高效的求解算法
采用先进的疲劳分析算法，能够快速准确地完成复杂结构的疲劳寿命计算
。
2024/1/29
2024/1/29
求解流程
设置好模型后，即可进行求解。软件支持多种求解方法，如静态分析、模态分析、瞬态分析等，可根据实际需求进行选择。求解完成后，可查看相应的结果文件。
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结果查看、后处理及报告生成
结果查看
提供多种结果查看方式，如云图、等值线、矢量图等，方便用户直观了解疲劳分析结果。
后处理功能
剩余寿命预测
根据裂纹扩展速率和当前裂纹长度，预测结构的剩余寿命。
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结果分析
对裂纹扩展路径和剩余寿命进行综合分析，评估结构的疲劳性能和安全性。
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疲劳分析实例：焊接接头疲
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劳性能评估
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问题描述与模型建立
问题描述：针对某一具体焊接接头，在循环载荷作用下进行疲劳性能评估。
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复杂环境下的疲劳分析
研究高温、低温、腐蚀等复杂环境下的疲劳问题，提高分析的实用性。
跨学科合作
加强与其他学科的交叉融合，共同推动疲劳分析领域的发展。
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2024/1/29
THANKS
感谢观看
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损伤曲线
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03
其他结果
输出构件的损伤曲线，了解构件在不同循环次数下的损伤累积情况。

Msc.Fatigue疲劳分析实例指导教程

第三章疲劳载荷谱的统计处理3.1 疲劳载荷谱的统计处理理论基础3.1.1 数字化滤波频率分析的典型参量是功率谱密度（PSD），如像确定频率为4Hz对应的幅值的均方根值，只需要求取功率谱密度下对应的3.5-4Hz之间的面积。

3.1.2 雨流计数法循环计数法：将不规则的随机载荷-时间历程，转化为一系列循环的方法。

3.2 数据的导入与显示（1）新建：File>New（2）导入：Tools>Fatigue Utilities>File Conversion Utilities>Covert ASCII.dac to Binary...>Single Channel（设置，注意Header Lines to skip要跳过的行数）>exit（3）查看：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Quick Look Display1）放大：View>Window X，输入X的最值2）读取：①左击任何位置，状态栏显示②数据轨迹：Display>Track3）显示数据点：Display>Join Points；显示实线图：Display>Join4）网格和可选坐标轴：Axes>Axes Type/Grid5）显示某段时间信号的统计信息：Display>Wstats，放大3.3 数字滤波去除电压干扰信号（1）载荷时间历程的PSD分析1）File>New2）Tools>Fatigue Utilities>Advanced Load Utilities>Auto Spectral density（2）信号的滤波1）Tools>Fatigue Utilites>Advanced Load Utilities>Fast Fourier Filtering2）比较滤波前后结果：Tools>Fatigue Utilities>Graphic Display>Multi-file Display（3）滤波稳定性检查：比较前后PSD，多文件叠加显示第四章应力疲劳分析4.2 载荷谱块的创建与疲劳寿命计算（1）创建载荷谱块：Tools>Fatigur Utility>Load Management>Add an Entry>Block program （2）疲劳分析：Tools>Fatigue Utilities>Advanced fatigue utilities>选方法4.3 零部件疲劳分析（1）导入有限元模型及应力结果：工具栏Import>Action、Object、Method，查看Results （2）疲劳分析1）设置疲劳分析方法：工具栏Analysis，设置2）设置疲劳载荷①创建载荷时间历程文件Loading info>Time History Manager②将有限元分析工况与时间载荷关联：Loading Info>Load case空白>Get/Filte result...3）设置材料的疲劳特性：Material info>Materials Database Manager>create...4）求解：Solution Params5）疲劳分析：Job Control6）查看寿命结果云图：Import Fatigue Result...>Action:Read results>工具栏Results查看7）寿命列表显示：Import Fatigue Result...>Action:List Results...>most damaged nodes （3）优化设计：Import Fatigue Results...>Action:Optimize....1）参数优化：Parameter optimization>Scaling factor>Recalculate2）材料优化：Material Optimization...>Recalculate3）灵敏度分析：Sensitivity analysis>Scaling factor比例因子....4）灵敏度分析结果：results Display>Sensitivity plot第五章应变疲劳分析5.2 考虑残余应力的应变疲劳分析（1）导入有限元模型和应力分析结果（2）先不考虑残余应力的疲劳分析（3）考虑残余应力的疲劳分析1）设置疲劳分析方法：保留Material Info和Solution Params...的设置2）定义残余应力：Loading Info..>Static Load Case:2，单击enter。

再制造曲轴疲劳寿命分析

再制造曲轴疲劳寿命分析刘怀银;冯国胜;刘怀金;高爽【摘要】为进行某工程机械发动机再制造曲轴的疲劳寿命分析，在有限元软件MSC．PATRAN中分别建立了原有曲轴和再制造曲轴的三维有限元分析模型，对原始曲轴和再制造曲轴进行了静强度和疲劳强度分析。

从仿真结果可知，再制造曲轴具有较高的疲劳寿命。

%In order to analyze the fatigue life of the remanufactured crankshaft in an engineering machine , three-dimensional finite element models of the original and remanufactured crankshaft are constructed separately in a MSC.PATRA of the FEM software .The static strength and fatigue strength of the original and remanufac-tured crankshaft are also analyzed based on these models .According to the simulation result , the remanufactured crankshaft has a high fatigue life .【期刊名称】《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(027)001【总页数】5页(P40-44)【关键词】曲轴;有限元分析;再制造;疲劳寿命【作者】刘怀银;冯国胜;刘怀金;高爽【作者单位】石家庄铁道大学机械工程学院，河北石家庄 050043;石家庄铁道大学机械工程学院，河北石家庄 050043;山东能源枣庄矿业集团有限责任公司铁路运输处，山东枣庄 277000;石家庄铁道大学机械工程学院，河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】TK422曲轴是发动机中最重要、承载最复杂、价格较昂贵的零件之一，对曲轴进行绿色再制造是发展循环经济和构建节约型社会的重要途径之一。

基于有限元的疲劳设计分析系统MSC_FATIGUE_林晓斌

3　Ba nnantine J A ,Co mer J J ,Handrock J L .Fundamentals o f M etal Fa tig ue Ana ly -sis.Pretice Hall,1990.4　鲍万年.机械强度有限寿命设计专家工作站配置的疲劳寿命预测和局部应变法.中国机械工程,1997,8(3):25～275　nCode Internatio na l Limited.The n Code Boo k o f Fa-tig ue Theo ry ,1997.6　林晓斌,Hey es P J .多轴疲劳寿命工程预测方法.中国机械工程,1998,9(11):20～237　Halfpenny A ,林晓斌.基于功率谱密度信号的疲劳寿命估计.中国机械工程,1998,9(11):16～198　Austen I M ,林晓斌.加速疲劳试验的疲劳编辑技术.中国机械工程,1998,9(11):27～309　Ensor D F ,林晓斌.关联用户用途的试车技术.中国机械工程,1998,9(11):24～28林晓斌　男,1963年生。

英国n Cod e 国际有限公司高级疲劳工程师、英国Sheffield 大学客座研究员。

1978～1990年在浙江大学学习工作,主要从事压力容器的安全性研究。

1994年获英国Sh effield 大学博士学位,接着做了近两年的博士后研究,在疲劳裂纹形状扩展研究领域取得了国际性领先成果。

1996年加入nCode,从事疲劳新技术的开发研究,已开发了多轴疲劳寿命分析工具。

当前的研究包括多轴疲劳、热机疲劳、疲劳裂纹形状扩展模拟、压力容器及管道的疲劳断裂等。

发表论文40篇。

基于有限元的疲劳设计分析系统M SC /FA TIGU EPete r J .Heyes 博士Peter J .Heyes 林晓斌译摘要　简单描述了基于有限元分析结果进行疲劳寿命分析的思路,着重介绍了根据时域载荷输入计算构件内各点弹性应力应变响应的各种方法,以及从弹性应力应变结果近似计算弹塑性应力应变历史,并考虑多轴影响的各种途径;简单介绍了几种包含在M SC /FATIGUE 中的疲劳寿命计算方法及其各自的特点;总结了M SC /FA TIGU E 系统的功能和特点,并给出了一个转向节疲劳分析例子。

MSC fatigue 实例-组件的疲劳分析

Solution Parameters
Open the Solution Params... form. On this form leave all the defaults except:
Chapter 4: Component S-N Analysis 145
Set Up the Fatigue Analysis
142 158
138 MSC Fatigue QuickStart Guide
Problem Description
Problem Description
A simple bracket as shown has a design life of 7 years (61,320 hours). Loading occurs at the end of the short section which has been welded and the component is constrained at both ends of the main bar. Because failure is known to occur at the weld, the finite element modeling at the loading point and the stresses found there can be ignored for the purposes of this exercise. The load applied in the model was 900 lbs total. In service, the component experiences loading of 3000 lbs in the direction of the finite element load and 7000 lbs in the reverse direction. This occurs once every 30 minutes. Only a 4% failure rate is allowed.

MSC柴油发动机曲轴疲劳分析示例

曲轴疲劳寿命预测
01
应力-寿命法（S-N法）
通过测试不同应力和循环次数下材料的断裂寿命，建立应力与寿命的关
系曲线，用于预测曲轴的疲劳寿命。
02
局部应变法（ε-N法）
通过测量曲轴局部区域的应变和循环次数，计算材料的疲劳寿命。该方
法考虑了应力集中的影响，更适用于预测曲轴的疲劳寿命。
03
有限元分析（FEA）
曲轴疲劳损伤机制
弯曲疲劳
由于周期性的弯矩作用，曲轴在应力集中的位置（如轴颈和曲拐的过渡区域）容易发生弯曲疲劳
断裂。
扭转疲劳
周期性的扭矩作用使曲轴在轴颈和曲拐的过渡区域产生剪切应力，可能导致扭转疲劳断裂。
热疲劳
由于温度变化引起的热应力，可能导致曲轴材料内部产生微裂纹，进而扩展形成疲劳裂纹。
详细描述
该案例针对曲轴的结构和工艺参数进行了优化设计，如改变曲轴的形状、增加加强筋等。通过有限元分析和疲劳试验验证了优化设计的有效性，发现这些改进能够显著提高曲轴的抗疲劳性能和疲劳寿命。
05
结论与展望
疲劳分析在MSC柴油发动机曲轴设计中的重要性
疲劳分析是评估曲轴结构强度和寿命的关键手段，通过分析可以预测曲轴在不同工况下的疲劳损伤和断裂风险。
在船舶领域，柴油发动机曲轴作为船舶推进系统的关键部件，需承受高负荷和极端环境条件下的运转。
在发电机组领域，柴油发动机曲轴用于驱动发电机，要求具有高效率和可靠性。
02
疲劳分析基本原理
疲劳定义与分类
疲劳定义
疲劳是由于材料或结构在循环应力或应变下逐渐损伤和失效的现象。
疲劳分类
根据应力类型和循环特性，疲劳可分为高周疲劳和低周疲劳，其中高周疲劳是指循环次数大于10^4的疲劳，低周疲劳是指循环次数小于10^4的疲劳。

疲劳分析软件MSC Fatigue的工程应用

ａｒｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅａｌｍｅａｓｕｒｅｄｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｄａｔａ．Ａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｎｏｍｉｎａｌｓｔｒｅｓｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｓｕｓｔａｉｎｉｎｇｂａｒｈａｓｂｅｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂａｓｅｄｏｎＭＳＣＦａｔｉｇｕｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｆａｔｉｕｅｇｌｉｆｅｉｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔｔｏｔｈｅｒｅａｌｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅ．Ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｖｉｒｔｕａｌｆａｔｉｇｕｅａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｖｅｉｆｒｉｅｄ，ａｎｄｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎａｎｄｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ
ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｃｒｏｓｓｓｕｓｔａｉｎｉｎｇｂａｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓｓｕｓｔａｉｎｉｆｅ；ｎｏｍｉｎａｌｓｔｒｅｓｓｍｅｔｈｏｄ；ｌｏａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ；Ｓ— Ｎｃｕｒｖｅ