疲劳分析|Abaqus Goodman方法案例操作

在工程设计领域，材料的疲劳性能评估是确保结构安全、延长使用寿命的关键步骤。Goodman疲劳寿命图作为一种实用的可视化方法，为工程师和学生提供了一个简便的方式来理解并分析材料的疲劳强度，特别是针对承受对称循环载荷的结构。本文旨在深入讲解如何在Abaqus后处理环境中自定义生命周期场地变量，并使用Excel绘制Goodman图的详细步骤。文章进一步探索了读取Abaqus/View中的最大交变应力和最小交变应力云图，并通过这样的处理方法理解了材料在不同应力条件下的疲劳寿命预估，强调了正确应用原理的重要性而非仅依赖插件。

机械系统在循环载荷下的疲劳分析

循环负载是许多设计领域（例如风力发电设备、重型机械、汽车等）的关键考虑因素，因这些设备经常承受周期性变化的应力。在应对循环负载时，材料不再被简单地视为承受单一最大应力，而要考虑应力的周期性变化以及对应的平均应力和应力幅值。

Goodman图：基本概念与构想

Goodman图，又名恒寿命图或疲劳极限图，为结合Gerber (1874)、Goodman (1899)与Soderberg (1939)研究成果所形成的重要图形，它应用于确定材料在不同平均应力与应力幅值下的疲劳寿命。Goodman图的主要参数如下：




Am: 力作用点相对中心轴的应力幅值，a与截面尺寸包含的振动幅度相对应。


S: 平均应力，表征施加载荷时材料体内的平均应力水平。

σ_U: 代表材料对称循环下恒寿命疲劳强度的极限值，是在平均应力为0时测得的疲劳极限。

S_U: 抗拉强度，材料在单轴测试中达到的极限强度。

通过使用公式将上述参数联系起来，Goodman图可以展现某给定平均应力条件下的疲劳极限应力幅值。残余应力（残留在材料内部的应力）可以影响曲线的具体形态，尤其是当应力残留对结果产生显著影响时。

ABAQUS与Goodman图绘制的结合

虽然插件可以简化初始疲劳分析流程，理解背后的数学原理和数据处理流程对于深入应用是至关重要的。使用Abaqus/View读取结果后，我们可以自定义场地变量来表达交变应力和平均应力，这些变量是创建Goodman图的基础。详细步骤包含：

1. Abaqus/View参数读取：在Abaqus后处理工具中读取分析过程中最大和最小交变应力的云图数据。

2. 创建自定义场变量：在Abaqus/Post中，根据公式和已定义的载荷数据，创建交变应力（Alternating Stress）和平均应力（Mean Stress）的场地变量。

3. 数据导出至Excel：利用Automation API或通过输出选择功能，将这些新的场变量值导出至Excel电子表格。这份数据集现在包含对应单元积分点的交变应力和平均应力值。

4. 绘图与分析：在Excel中使用这些数据点绘制Goodman图。分析仿真结果与Goodman边界的关系，以评估特定条件下的材料疲劳寿命预测。