WORKBENCH疲劳分析指南

1、1 疲劳概述

结构失效的一个常见原因就是疲劳,其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类:高周疲劳就是当载荷的循环(重复)次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此,应力通常比材料的极限强度低,应力疲劳(Stress-based)用于高周疲劳;低周疲劳就是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳(strain-based)应该用于低周疲劳计算。

在设计仿真中,疲劳模块拓展程序(Fatigue Module add-on)采用的就是基于应力疲劳(stress-based)理论,它适用于高周疲劳。接下来,我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。

1、2 恒定振幅载荷

在前面曾提到,疲劳就是由于重复加载引起:

当最大与最小的应力水平恒定时,称为恒定振幅载荷,我们将针对这种最简单的形式,首先进行讨论。

否则,则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。

1、3 成比例载荷

载荷可以就是比例载荷,也可以非比例载荷:

比例载荷,就是指主应力的比例就是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化,这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。

相反,非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:

σ1/σ2=constant

在两个不同载荷工况间的交替变化;

交变载荷叠加在静载荷上;

非线性边界条件。

1、4 应力定义

考虑在最大最小应力值σmin与σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况:

应力范围Δσ定义为(σmax-σmin)

平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2

应力幅或交变应力σa就是Δσ/2

应力比R就是σmin/σmax

当施加的就是大小相等且方向相反的载荷时,发生的就是对称循环载荷。这就就是σm=0,R=-1的情况。

当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷。这就就是

σm=σmax/2,R=0的情况。

1、5 应力-寿命曲线

载荷与疲劳失效的关系,采用的就是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示:

(1)若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效;

(2)如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少;

(3)应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。

S-N曲线就是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的就是单轴的应力状态,影响S-N曲线的因素很多,其中的一些需要的注意,如下:

材料的延展性,材料的加工工艺,几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中,载荷环境,包括平均应力、温度与化学环境,例如,压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长,相反,拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短,对压缩与拉伸平均应力,平均应力将分别提高与降低S-N曲线。

因此,记住以下几点:一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据(S-N 曲线)就是从反映单轴应力状态的测试中得到的,那么在计算寿命时就要注意:(1)设计仿真为用户提供了如何把结果与S-N曲线相关联的选择,包括多轴应力的选择;(2)双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况。

平均应力影响疲劳寿命,并且变换在S-N曲线的上方位置与下方位置(反映出在给定应力幅下的寿命长短):(1)对于不同的平均应力或应力比值,设计仿真允许输入多重S-N曲线(实验数据);(2)如果没有太多的多重S-N曲线(实验数据),那么设计仿真也允许采用多种不同的平均应力修正理论。

早先曾提到影响疲劳寿命的其她因素,也可以在设计仿真中可以用一个修正因子来解释。

1、6 总结

疲劳模块允许用户采用基于应力理论的处理方法,来解决高周疲劳问题。

以下情况可以用疲劳模块来处理:

恒定振幅,比例载荷(参考第二章);

变化振幅,比例载荷(参考第三章);

恒定振幅,非比例载荷(参考第四章)。

需要输入的数据就是材料的S-N曲线:

S-N曲线就是疲劳实验中获得,而且可能本质上就是单轴的,但在实际的分析中,部件可能处于多轴应力状态。

S-N曲线的绘制取决于许多因素,包括平均应力,在不同平均应力值作用下的S-N曲线的应力值可以直接输入,或可以执行通过平均应力修正理论实现。

2、1 基本情况

进行疲劳分析就是基于线性静力分析,所以不必对所有的步骤进行详尽的阐述。

疲劳分析就是在线性静力分析之后,通过设计仿真自动执行的。对疲劳工具的添加,无论在求解之前还就是之后,都没有关系,因为疲劳计算不并依赖应力分析计算。尽管疲劳与循环或重复载荷有关,但使用的结果却基于线性静力分析,而不就是谐分析。尽管在模型中也可能存在非线性,处理时就要谨慎了,因为疲劳分析就是假设线性行为的。

在本章中,将涵盖关于恒定振幅、比例载荷的情况。而变化振幅、比例载荷的情况与恒定振幅、非比例载荷的情况,将分别在以后的第三与四章中逐一讨论。

2.1.1 疲劳程序

下面就是疲劳分析的步骤,用斜体字体所描述的步骤,对于包含疲劳工具的应力分析就是很特殊的:

模型

指定材料特性,包括S-N曲线;

定义接触区域(若采用的话);

定义网格控制(可选的);

包括载荷与支撑;

(设定)需要的结果,包括Fatigue tool;

求解模型;

查瞧结果。

在几何方面,疲劳计算只支持体与面,线模型目前还不能输出应力结果,所以疲劳计算对于线就是忽略的,线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性,但在疲劳分析并不计算线模型。

2、1、2 材料特性

由于有线性静力分析,所以需要用到杨氏模量与泊松比:如果有惯性载荷,则需要输入质量密度;如果有热载荷,则需要输入热膨胀系数与热传导率;如果使用应力工具结果(Stress Tool result),那么就需要输入应力极限数据,而且这个数据也就是用于平均应力修正理论疲劳分析。

疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下的材料特性当中S-N曲线数据:数据类型在“疲劳特性”(“Fatigue Properties”)下会说明;S-N曲线数据就是在材料特性分支条下的“交变应力与循环”(“Alternating Stress vs、Cycles”)选项中输入的。

如果S-N曲线材料数据可用于不同的平均应力或应力比下的情况, 那么多重S-N曲线也可以输入到程序中。

2、1、3 疲劳材料特性

添加与修改疲劳材料特性:

在材料特性的工作列表中,可以定义下列类型与输入的S-N曲线,插入的图表可以就是线性的(“Linear”)、半对数的(“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles)或双对数曲线(“Log-Log”)。

记得曾提到的,S-N曲线取决于平均应力。如果S-N曲线在不同的平均应

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1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环(重复)次数高(如1e4 -1e9) 的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳( Stress-based )用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳( strain-based )应该用于低周疲劳计算。在设计仿真中，疲劳模块拓展程序( Fatigue Module add-on )采用的是基于应力疲劳( stress-based )理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括：σ1/ σ 2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。 1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σ min和σ max作用下的比例载荷、恒定振幅的情况: 应力范围 Δ (T定义为(σ max- σ min) 平均应力σ m定义为(σ max+ T min)∕2 应力幅或交变应力σ a是Δ σ /2 应力比R是min/ max 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σ m=0, R=-I的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是 σ m=σ max/2 ，R=O的情况。 1.5 应力- 寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： (1)若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后, 该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效； (2)如果同个部件作用在更高的载荷下, 导致失效的载荷循环次数将减少； (3)应力-寿命曲线或S-N 曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-N 曲线是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态，影响S-N 曲线的因素很多，其中的一些需要的注意，如下：材料的延展性，材料的加工工艺，几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中，载荷环境，包括平均应力、温度和化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长，相反，拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短，对压缩和拉伸平均应力，平均应力将分别提高和降低S-N 曲线。因此，记住以下几点：一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据（S-N

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1、1 疲劳概述结构失效得一个常见原因就是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类:高周疲劳就是当载荷得循环（重复）次数高(如1ｅ４—1e9)得情况下产生得。因此,应力通常比材料得极限强度低,应力疲劳（Ｓtｒess—based）用于高周疲劳；低周疲劳就是在循环次数相对较低时发生得。塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命.一般认为应变疲劳（strａiｎ－baseｄ）应该用于低周疲劳计算。?在设计仿真中,疲劳模块拓展程序(F ａｔｉgue Module aｄｄ—on)采用得就是基于应力疲劳（stｒess—baseｄ）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论得处理方法进行讨论。?１、2 恒定振幅载荷?在前面曾提到,疲劳就是由于重复加载引起：当最大与最小得应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单得形式，首先进行讨论。?否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。１、3 成比例载荷?载荷可以就是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，就是指主应力得比例就是恒定得,并且主应力得削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷得增加或反作用得造成得响应很容易得到计算。相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互得关系,典型情况包括: σ１/σ２＝conｓtant 在两个不同载荷工况间得交替变化；交变载荷叠加在静载荷上; 非线性边界条件。１、4 应力定义考虑在最大最小应力值σmｉn与σmａx作用下得比例载荷、恒定振幅得情况：应力范围Δσ定义为(σmａx—σmin）平均应力σm定义为（σｍａｘ+σmin）/2?应力幅或交变应力σa就是Δσ/2 应力比R就是σｍｉn/σmax?当施加得就是大小相等且方向相反得载荷时，发生得就是对称循环载荷.这就就是σｍ=0,R=－1得情况. 当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷.这就就是σm=σmaｘ/2,R ＝0得情况.?１、5 应力—寿命曲线载荷与疲劳失效得关系,采用得就是应力-寿命曲线或S—N曲线来表(1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定得循环次数后，该部件示：? 裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效；（2)如果同个部件作用在更高得载荷下，导致失效得载荷循环次数将减少；?（3）应力—寿命曲线或S-N曲线，展示出应力幅与失效循环次数得关系。?Ｓ—N曲线就是通过对试件做疲劳测试得到得弯曲或轴向测试反映得就是单轴得应力状态,影响S－N曲线得因素很多,其中得一些需要得注意，如下：材料得延展性,材料得加工工艺,几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在得应力集中，载荷环境,包括平均应力、温度与化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力得疲劳寿命长,相反，拉伸平均应力比零平均应力得疲劳寿命短,对压缩与拉伸平均应力,平均应力将分别提高与降低S－N曲线。因此，记住以下几点:一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据

ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章

ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章发表时间：2009-2-21 作者: 安世亚太来源: e-works 关键字: CAE ansys Workbench疲劳分析第三章不稳定振幅的疲劳在前面一章中,考察了恒定振幅和比例载荷的情况,并涉及到最大和最小振幅在保持恒定的情况下的循环或重复载荷。在本章将针对不定振幅、比例载荷情况,尽管载荷仍是成比例的,但应力幅和平均应力却是随时间变化的。 3.1 不规律载荷的历程和循环(History and Cycles) 对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理：计算不规律载荷历程的循环所使用的是“雨流”rainflow循环计算，“雨流”循环计算(Rainflowcycle counting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术(如右面例子)，先计算不同的“平均”应力和应力幅(“range”)的循环，然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算。损伤累加是通过Palmgren-Miner 法则完成的，Palmgren-Miner法则的基本思想是：在一个给定的平均应力和应力幅下，每次循环用到有效寿命占总和的百分之几。对于在一个给定应力幅下的循环次数Ni，随着循环次数达到失效次数Nfi时，寿命用尽，达到失效。 “雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况。因此，任何任意载荷历程都可以切分成一个不同的平均值和范围值的循环阵列(“多个竖条”)，右图是“雨流”阵列，指出了在每个平均值和范围值下所计算的循环次数，较高值表示这些循环的将出现在载荷历程中。在一个疲劳分析完成以后，每个“竖条”(即“循环”)造成的损伤量将被绘出，对于“雨流”阵列中的每个“竖条”(bin)，显示的是对应的所用掉的寿命量的百分比。在这个例子中，即使大多数循环发生在低范围/平均值，但高范围(range)循环仍会造成主要的损伤。依据Per Miner法则，如果损伤累加到1(100%)，那么将发生失效。 3.2 不定振幅程序 a 建立引领分析(线性,比载荷) b 定义疲劳材料特性(包括S-N曲线)

WORKBENCH疲劳分析

1.1 疲劳概述结构失效地一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关.疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷地循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)地情况下产生地.因此,应力通常比材料地极限强度低,应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生地.塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命.一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. 在设计仿真中,疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用地是基于应力疲劳（stress-based）理论,它适用于高周疲劳.接下来,我们将对基于应力疲劳理论地处理方法进行讨论. 1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到,疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小地应力水平恒定时,称为恒定振幅载荷,我们将针对这种最简单地形式,首先进行讨论. 否则,则称为变化振幅或非恒定振幅载荷. 1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷,也可以非比例载荷：比例载荷,是指主应力地比例是恒定地,并且主应力地削减不随时间变化,这实质意味着由于载荷地增加或反作用地造成地响应很容易得到计算. 相反,非比例载荷没有隐含各应力之间相互地关系,典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间地交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件. 1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下地比例载荷恒定振幅地情况：应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加地是大小相等且方向相反地载荷时,发生地是对称循环载荷.这就是σm=0,R=-1地情况. 当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷.这就是σm=σmax/2,R=0地情况. 1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效地关系,采用地是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定地循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效；（2）如果同个部件作用在更高地载荷下,导致失效地载荷循环次数将减少；（3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数地关系. S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到地弯曲或轴向测试反映地是单轴地应力状态,影响S-N曲线地因素很多,其中地一些需要地注意,如下：

ansysworkbench疲劳分析

第一章简介 1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。 1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σm=0，R=-1的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而

细解Ansys疲劳寿命分析

细解Ansys疲劳寿命分析 2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元 ANSYS Workbench 疲劳分析本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论. …恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论. –否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷

…成比例载荷 ?载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:?在两个不同载荷工况间的交替变化?交变载荷叠加在静载荷上?非线性边界条件

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1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σ和σ作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σ-σ) 平均应力σ定义为(σ+σ)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σ/σ 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是 σm=0，R=-1的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σ=σ/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效；（2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；（3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态，影响S-N曲线的因素很多，其中的一些需要的注意，如下：材料的延展性，材料的加工工艺，几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中，载荷环境，包括平均应力、温度和化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长，相反，拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短，对压缩和拉伸平均应力，平均应力将分别提高和降低S-N曲线。因此，记住以下几点：一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态的测试中得到的，那么在计算寿命时就要注意：（1）设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N曲线相关联的选择，包括多轴应力的选择；（2）双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况。

细解Ansys疲劳寿命分析

细解Ansys疲劳寿命分析 ANSYS Workbench 疲劳分析本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论. …恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论. –否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷

ansys workbench疲劳分析流程

ansys workbench疲劳分析流程基于S-N曲线的疲劳分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的疲劳寿命。ansys workbench的疲劳分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）：（1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。只能有以下选择： V on-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz等等）。有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平均应力或r上））。同强度理论类似，V on-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。（2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。用途最广的雨流法(rain flow counting method)就是一种路径相关方法。其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。（3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环如果有不同r值下的S-N曲线，一般采用插值方法确定未知r值下的S-N曲线。如果只有r=-1的S-N曲线，可采用如下的公式计算等效的应力（就是将r！＝－1的单轴应力转换为r=-1时的单轴应力，即等效应力）：（Sa/Se)+(Sm/Su)^n=1 ^为指数运算符。其中，Sa为半应力幅值，Se为欲求的等效应力，Sm为平均应力，Su和n不同的取值，构成不同的理论： Theory Su n ------------------------------------------------------------------ Soderberg yield stress (sy) 1 Goodman ultimate tensile stress (su) 1 Gerber ultimate tensile stress (su) 2 Morrow true fracture stress (sf) 1 ----------------------------------------------------------------- 至此，已经可以查询标准的S-N曲线了，结合Miner准则，可以计算疲劳寿命了。

ansys-workbench疲劳分析流程

ansys workbench困乏分析流程基于S-N曲线的困乏分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的困乏寿命。ansysworkbench 的困乏分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）：（1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。只能有以下选择： Von-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz 等等）。有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平衡应力或r 上））。同强度理论类似，Von-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。（2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。用途最广的雨流法(rainflowcountingmethod)就是一种路径相关方法。其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。（3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环

手把手教你用ANSYSworkbench

手把手教你用ANSYS workbench 本文的目的主要是帮助那些没有接触过ansys workbench的人快速上手使用这个软件。在本文里将展示ansys workbench如何从一片空白起步，建立几何模型、划分网格、设置约束和边界条件、进行求解计算，以及在后处理中运行疲劳分析模块，得到估计寿命的全过程。一、建立算例打开ansys workbench，这时还是一片空白。首先我们要清楚自己要计算的算例的分析类型，一般对于结构力学领域，有静态分析（Static Structural）、动态分析（Rigid Dynamics）、模态分析（Modal）。

在Toolbox窗口中用鼠标点中算例的分析类型，将它拖出到右边白色的Project Schematic窗口中，就会出现一个算例框图。比如本文选择进行静态分析，将Static Structural条目拖出到右边，出现A框图。在算例框图中，有多个栏目，这些是计算一个静态结构分析算例需要完成的步骤，完成的步骤在它右边会出现一个绿色的勾，没有完成的步骤，右边会出现问号，修改过没有更新的步骤右边会出现循环箭头。第二项EngineeringData 已经默认设置好了钢材料，如果需要修改材料的参数，直接双击点开它，会出现Properties窗口，一些主要用到的材料参数如下图所示：

点中SN曲线，可在右侧或者下方的窗口中找到SN曲线的具体数据。窗口出现的位置应该与个人设置的窗口布局有关。

二、几何建模现在进行到第三步，建立几何模型。右键点击Grometry条目可以创建，或者在Toolbox窗口的Component Systems下面找到Geometry条目，将它拖出来，也可以创建，拖出来之后，出现一个新的框图，几何模型框图。双击框图中的Geometry，会跳出一个新窗口，几何模型设计窗口，如下图所示：

ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南

ANSYS WORKBENCH 疲劳分析指南第一章简介 1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。 1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σａ是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是 σm=0，R=-1的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效；（2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；（3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。

ansysworkbench疲劳分析实例.

AHSYS 作业A12 疲劳作业M2-目标 Sha^cFMer AN、、、? H ■: d■気ro tanavM?律》枫fi人??.aewwwRt *4) 口?■fMTEMir ?|? ?￡ FulN *屮?少 4W0WW-

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ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第二章(参考模板)

ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第二章 2.1 基本情况进行疲劳分析是基于线性静力分析，所以不必对所有的步骤进行详尽的阐述。疲劳分析是在线性静力分析之后，通过设计仿真自动执行的。对疲劳工具的添加，无论在求解之前还是之后，都没有关系，因为疲劳计算不并依赖应力分析计算。尽管疲劳与循环或重复载荷有关，但使用的结果却基于线性静力分析，而不是谐分析。尽管在模型中也可能存在非线性,处理时就要谨慎了，因为疲劳分析是假设线性行为的。在本章中，将涵盖关于恒定振幅、比例载荷的情况。而变化振幅、比例载荷的情况和恒定振幅、非比例载荷的情况，将分别在以后的第三和四章中逐一讨论。 2.1.1 疲劳程序下面是疲劳分析的步骤，用斜体字体所描述的步骤，对于包含疲劳工具的应力分析是很特殊的：模型指定材料特性，包括S-N曲线；定义接触区域(若采用的话)；定义网格控制(可选的)；包括载荷和支撑； (设定)需要的结果，包括Fatigue tool；求解模型；查看结果。在几何方面，疲劳计算只支持体和面，线模型目前还不能输出应力结果，所以疲劳计算对于线是忽略的，线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性，但在疲劳分析并不计算线模型。 2.1.2 材料特性由于有线性静力分析,所以需要用到杨氏模量和泊松比：如果有惯性载荷,则需要输入质量密度；如果有热载荷,则需要输入热膨胀系数和热传导率；如果使用应力工具结果(Stress Tool result),那么就需要输入应力极限数据,而且这个数据也是用于平均应力修正理论疲劳分析。疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下的材料特性当中S-N曲线数据：数据类型在“疲劳特性”(“Fatigue Properties”)下会说明；S-N曲线数据是在材料特性分支条下的“交变应力与循环”(“Alternating Stress vs. Cycles”)选项中输入的。如果S-N曲线材料数据可用于不同的平均应力或应力比下的情况, 那么多重S-N曲线也可以输入到程序中。 2.1.3 疲劳材料特性添加和修改疲劳材料特性: 在材料特性的工作列表中,可以定义下列类型和输入的S-N曲线，插入的图表可以是线性的（“Linear”）、半对数的（“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles）或双对数曲线（“Log-Log”）。

ANSYS WORKBENCH 疲劳分析指南

A ＮSYS WORKBENCH 疲劳分析指南第一章简介 1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类:高周疲劳是当载荷的循环（重复)次数高(如１e ４ -1e9）的情况下产生的。因此,应力通常比材料的极限强度低,应力疲劳（Stress-ｂased ）用于高周疲劳;低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（ｓｔｒa ｉｎ-ｂased)应该用于低周疲劳计算。在设计仿真中，疲劳模块拓展程序(Fati ｇu ｅＭｏdu ｌｅ ad ｄ-o ｎ）采用的是基于应力疲劳(s ｔre ｓs-ba ｓed)理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷? 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起:? 当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷,我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。否则,则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1．３成比例载荷? 载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷: 比例载荷,是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化,这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括：? σ１／σ2=c ｏｎst ａnt ? 在两个不同载荷工况间的交替变化;? 交变载荷叠加在静载荷上;? 非线性边界条件。 1．4 应力定义考虑在最大最小应力值σmi ｎ和σmax 作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σm ａx -σmin ）? 平均应力σm 定义为(σm ａｘ+σm ｉn )/2 应力幅或交变应力σa 是Δσ/2 应力比R 是σmin /σm ａ x 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σｍ=0，R=-1的情况。? 当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm ＝σmax ／2，Ｒ=0的情况。１.5 应力－寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N 曲线来表示： (１)若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效;? （2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；? (3)应力-寿命曲线或S-N 曲线，展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-Ｎ曲线是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态，影响S-N 曲线的因素很多,其中的一些需要的注意,如下：材料的延展性,材料的加工工艺，几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中,载荷环境，包括平均应力、温度和化学环境,例如,压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长，相反，拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短,对压缩和拉伸平均应力，平均应力将分别提高和降低S －N 曲线。

WORKBENCH疲劳分析指南

1、1 疲劳概述结构失效的一个常见原因就是疲劳,其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类:高周疲劳就是当载荷的循环(重复)次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此,应力通常比材料的极限强度低,应力疲劳(Stress-based)用于高周疲劳;低周疲劳就是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳,其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳(strain-based)应该用于低周疲劳计算。在设计仿真中,疲劳模块拓展程序(Fatigue Module add-on)采用的就是基于应力疲劳(stress-based)理论,它适用于高周疲劳。接下来,我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1、2 恒定振幅载荷在前面曾提到,疲劳就是由于重复加载引起: 当最大与最小的应力水平恒定时,称为恒定振幅载荷,我们将针对这种最简单的形式,首先进行讨论。否则,则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1、3 成比例载荷载荷可以就是比例载荷,也可以非比例载荷: 比例载荷,就是指主应力的比例就是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化,这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。相反,非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括: σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化; 交变载荷叠加在静载荷上; 非线性边界条件。 1、4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin与σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况: 应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σa就是Δσ/2 应力比R就是σmin/σmax 当施加的就是大小相等且方向相反的载荷时,发生的就是对称循环载荷。这就就是σm=0,R=-1的情况。当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷。这就就是 σm=σmax/2,R=0的情况。 1、5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系,采用的就是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示: (1)若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展,而且有可能导致失效; (2)如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少; (3)应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-N曲线就是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的就是单轴的应力状态,影响S-N曲线的因素很多,其中的一些需要的注意,如下:

ANSYS Workbench疲劳分析

ANSYS WORKBENCH疲劳分析发表时间：2009-2-19 作者: 安世亚太来源: e-works 关键字: CAE ansys Workbench 疲劳分析第一章简介 1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ 1/σ 2 =constant 在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。 1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σ min 和σ max 作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σ max -σ min ) 平均应力σ m 定义为(σ max +σ min )/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σ min /σ max 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σm=0，R=-1的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σ m =σ max /2，R=0 的情况。 1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破

细解Ansys疲劳寿命分析

2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元 ANSYS Workbench 疲劳分析本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论.

…恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论. –否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷 …成比例载荷 ?载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:?在两个不同载荷工况间的交替变化?交变载荷叠加在静载荷上?非线性边界条件