研究疲劳从19开始Th世纪，在导致火车事故的铁路车轴故障之后发起。在旋转轴上，应力因张力到压缩而异，再到一场革命的张力。负载历史很简单，因为它是单轴和比例的。然后可以使用S-N曲线（也称为Wöhler曲线）评估疲劳，该曲线将应力振幅与组件的寿命相关联。在许多应用程序中，我们处理多轴性和非比例载荷。在这种情况下，S-N曲线不足以进行疲劳预测。关键平面模型检查空间不同方向的应力状态，因此可以纳入多相性和非比例性的某些影响。因为他们可以准确地预测许多结构应用的疲劳失败现象，所以他们在工程界获得了广泛的接受。
关于关键平面模型
关键平面模型背后的想法是故障是由裂缝引起的。裂缝将形成并在飞机上运行关键平面，这是最有利的应力/应变条件，可用于裂纹生长，裂纹繁殖或两个事件。经历最高正常应力和应变的平面通常是关键平面的良好候选者。
结构中的一个点中的应力状态可以用具有三个正常和三个剪切成分的二维张量来描述。一旦检测到的体积元件沿不同的方向定向，这些应力的大小就会发生变化。这意味着，如果我们削减了体积元素并评估新创建的平面上的应力，则其应力状态将根据方向改变。在平面应力条件的情况下，应力状态减少到两个正常应力和一个剪切应力，这也取决于表面正常情况。
不同平面的压力条件。
体积元件中的平面具有一个正常和两个剪切应力/应变成分。关键平面模型利用这些应力/应变组件以自己的特定方式定义关键平面。例如，正常应力标准认为正常应力范围最大的平面，芬德利模型搜索一个平面，其中正常应力和剪切应力范围之间的组合最大化，而剪切应力范围则是马特另一方面，标准评估了应变范围最高的平面。从上面的图片来看，很明显所有平面都有不同的方向。
疲劳预测模型
对于平面应力条件，可以通过分析表达式获得临界平面。当负载是非出色的并且应力状态是多轴时，情况就变得更具挑战性。然后，我们必须对关键平面进行数值搜索，并评估每个检查平面方向的负载历史记录。这是在疲劳模块与基于压力和基于应变楷模。
通过关键平面标准评估疲劳：正常应力，芬德利和Matake。编辑器的注释，2/24/14：此图像已通过COMSOL Multiphysics版本4.4的结果进行了更新。
在基于压力的模型中，我们可以计算正常应力，，，，芬德利， 和马特标准。根据故障安全理念进行评估 - 计算疲劳用法因子这确定经历的疲劳负荷是高于还是低于疲劳极限。这些模型的材料参数可以轻松地从标准疲劳测试的结果中计算出来。基于压力模型通常用于可塑性非常有限的高周期疲劳域中。
这基于应变定义临界平面时，模型评估菌株和应力的组合。这些模型可以看作是经过改进的盆准和棺材 - 曼森应变寿命的关系。他们预测了失败的循环数量。在疲劳模块中，有三个基于应变楷模：史密斯·沃森 - 托普尔（SWT），，，，王布朗， 和Fatemi-Socie。这些型号适用于通常菌株大的低周期疲劳。
疲劳建模示例
我想根据关键的平面评估分享三个疲劳评估的例子。其中两个评估了高周期疲劳，以及最后一次的低周期疲劳。您可以在疲劳模块中找到这些。
- 这圆柱测试样品模型评估所有三个基于应力的标准，这些标准在非分数圆柱测试样品上。
- 这用鱼片模型对轴的结构和疲劳分析演示如何进行高周期疲劳。它还显示了如何根据反向轴向张力和纯扭转的疲劳测试来计算疲劳材料数据。
- 这用孔模型对圆柱的低周期疲劳分析显示如何在存在可塑性的情况下进行疲劳研究。在这种情况下，重要的是在进行疲劳分析之前先获得稳定的负载周期。
如果您有兴趣了解有关疲劳预测建模的更多信息，请观看存档的网络研讨会用comsol疲劳建模。
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