静强度评定最常见,大家也最擅长。但实际大部分机械产品的断裂失效属于疲劳失效。
换言之,你做的是静强度评定,但实际断裂是疲劳。其实你最应该做的是疲劳强度评定。所以这就很不合理。
为什么会这样呢?因为静强度评定简单,疲劳强度评定复杂。
现实在工业界最普遍的做法是:把静强度评定的标准提高,即降低许用应力,从而兼顾疲劳强度。
降低应力,当然能提高疲劳寿命。但静强度失效和疲劳强度失效存在本质不同,以静代疲劳,只能说,太粗糙了!
机械产品的疲劳失效位置大部分是应力集中位置。在结构仿真中,应力集中位置的应力是局部应力。
但在疲劳评定理论中,目前最常见,最成熟的是名义应力法。
简言之,疲劳评定需要用名义应力,但结构仿真得到的是局部应力。这就很不搭。解决这个矛盾,有两个思路:
1)在结构仿真中,梁单元的应力都是名义应力,所以尽量使用梁单元,但这只能满足一部分场景。
2)为了能直接使用仿真的局部应力结果,对材料的疲劳数据进行修正。
在能使用梁单元的场景,结合最成熟的名义应力法,可以很顺利的完成疲劳强度评定。
针对疲劳评定,如果采用思路二,可以充分利用结构仿真的优势。
难点在于,如何修正材料的疲劳数据,这个事情,工作量很大。
如果读者学过《德国FKM强度评估指南》,就知道,FKM通过设计系数design factor这个概念,完成了从材料级别到零件级别的局部应力修正。
获取设计系数,这事儿很复杂,需要考虑:尺寸效应、表面效应、疲劳缺口效应、应力梯度等。
如果读者学过《ASME VIII-2 Part5》,也会知道相应办法。
强度评定有几百年历史,结构仿真应用也就几十年历史。
就静强度评定而言,其实主流还是传统的名义应力法。就疲劳强度评定而言,主流更是传统的名义应力法。
传统强度评定与结构仿真的局部应力其实很不搭。但因为结构仿真的强大能力,我们应该发展新的强度评定体系。
在结构仿真中应力超标是很常见的事情,但实践又证明该结构的强度没问题。这种看似矛盾的现象,核心原因在于,传统观念下是不允许名义应力超标,而仿真中是局部应力超标。这基本上是两回事。
兄弟们经常通过结构仿真做静强度评定,即使做得不专业,往往也能发挥一定的价值。
但对于疲劳评定,由于更复杂,如果你做的不专业,基本就是瞎搞。当然,我知道大部分人都处于瞎搞阶段。
所以,我要再强调一遍。
很多人的强度评定观念还处于传统阶段,结构仿真的强度评定与传统观念很不协调,需要培养新的强度评定观念,才能充分释放结构仿真的强大价值。
如何学得适合结构仿真的强度评定观念呢?这方面,国内公开资料比较少,我推荐兄弟们看看吧外国的规范。
比如:
1)ASME VIII-2
2)BS7608
3)VDI2230
4)FKM
5)EN13445