Ansys桥式起重机有限元分析和疲劳寿命研究

桥式起重机有限元分析和疲劳寿命研究

[周诗洋]

[武汉科技大学，430081]

[ 摘要 ] 以某180t×24.85m冶金桥式起重机为对象，应用有限元分析软件ANSYS研究桥架的变形和应力分布状态，并与现场测试结果进行对比分析。结果表明，该起重机的最大挠度、静态Von

Mises等效应力和第一阶固有频率均符合起重机设计规范要求。应用有限元分析和损伤容限设

计对起重机裂纹的疲劳寿命进行研究，其分析数据可为起重机的日常维护检修和安全评估提供

参考。

[ 关键词]冶金桥式起重机；有限元分析；疲劳寿命

Research on Finite Element and Fatigue Life of

Overhead Traveling Crane

[Zhou Shiyang]

[Wuhan University of Science and Technology,430081]

[ Abstract ] Finite element analysis and field test are carried out of the deformation and stress distribution of the bridge structure of a certain 180t, 24.85m metallurgical crane by means of

ANSYS, a software. It is found that the maximum flexibility, static Von Mises equivalent

stress, and natural vibration frequency of first step of crane conform to design specifications.

Research and analysis about fatigue life of crack are executed by adopting damage

tolerance design. The analysis results provide a certain reference for routine maintenance,

inspection and safe evaluation of crane.

[ Keyword ] Metallurgical overhead traveling crane; Finite element analysis; Fatigue life.

武钢股份有限公司条材总厂一炼钢分厂精炼跨某180t×24.85m冶金桥式起重机是由原160t×24.85m脱锭起重机改造而成，已经使用了20多年。当前，我国对起重机的报废年限还没有强制性的要求，同时由于冶金起重机的造价较高，许多起重机已经达到甚至超过了设计使用年限，却仍然还在使用，这就造成了很大的安全隐患。冶金起重机是钢铁厂最主要的设备之一，在其频繁使用过程中，其结构强度，疲劳强度，可靠性和安全性水平均随着使用年限的增加而逐步降低。特别是起重机在循环往复的交变载荷的作用下，其金属结构可能出现裂纹并发生扩展，导致金属结构的突然断裂破坏。因此，对服役周期长，负荷量大和使用频率高的冶金起重机进行应力测试和疲劳寿命研究十分必要。如果采用传统

的力学计算方法对桥式起重机的桥架进行计算，往往需要简化或估计相关参数，势必造成计算结果的不准确。为此，本文应用有限元分析软件ANSYS对桥架的静态特性，动态特性和疲劳寿命进行模拟，并与现场测试结果进行对比分析，以期为起重机的结构设计优化和疲劳寿命预估提供参考。

目前，对起重机金属结构的疲劳寿命的研究已经比较成熟，其中广泛使用的方法有名义应力有限寿命设计法，局部应力应变分析法和损伤容限设计。名义应力有限寿命设计法和局部应力应变分析法都是以材料内部没有缺陷或裂纹为前提条件的。损伤容限设计以断裂力学为基础，在疲劳寿命的分析中考虑了结构的初始缺陷或裂纹。本文研究的冶金桥式起重机的桥架结构属于焊接钢结构，其存在着焊接裂纹等缺陷，因而用损伤容限设计来分析冶金起重机的疲劳寿命更符合实际情况，其分析结果对指导起重机的日常工作和维护也更具有参考价值。

1研究对象

180t×24.85m冶金桥式起重机的桥架主要由主梁，副主梁，端梁，副端梁及轨道等部分组成，属于偏轨焊接箱形梁结构，箱梁内部有大小加强筋，主梁材质为16Mn。

采用笛卡儿直角坐标系建立桥架的三维模型，其中坐标原点设在桥架跨中处，x轴垂直指向（南）主梁，y轴沿铅垂方向向上，z轴垂直指向（西）端梁。建模时分别采用弹性板单元（Shell63）和三维实体单元（Solid187）建立桥架的三维模型。同时，将司机室和电气室等附属设备简化为集中质量单元（Mass21）建立在模型中。桥架平面结构示意图如图1所示。

在工作状态下，桥架受到自重和吊重的联合作用。其中，桥架自重在给定重力加速度的条件下可由ANSYS软件自动计算。桥架铅垂方向的吊重载荷作用于轨道和车轮接触处，将轮压以集中载荷的方式平均分配到接触处相应的节点上。

考虑到桥架的实际受载情况及其结构力学特性，确定两种有限元计算工况：①计算工况1，满载小车（180t额定载荷）位于桥架跨中位置；②计算工况2，空载小车位于桥架端部位置（司机室端）。

2010年11月，对起重机进行无损探伤和目测时，发现北主梁下盖板跨中处偏西约2000mm处有一段长为10mm的裂纹。经观察分析发现，裂纹的源头在大筋板和下盖板的焊缝附近，且裂纹与下盖板所受的弯曲应力垂直，属于张开型穿透裂纹，很容易发生扩展。

梁

图1 桥架平面结构示意图

2现场测试

现场测试的项目主要有桥架结构的危险截面应力水平和静刚度。测点贴片位置及编号见图1。以空载小车位于桥架端部位置（司机室端）的工况作为现场测试的零点工况，将静态电阻应变仪的读数调零，同时用激光水准仪，磁力座和钢尺测试主梁的上拱度。再使满载小车（180t额定载荷）位于桥架跨中位置，测试此工况下桥架跨中位置的应力和主梁的上拱度，主梁的两次上拱度值之差即为主梁的静刚度。现场测试结果如表1所示。

表1 现场测试结果

测点编号静刚度/mm 应力/MPa

1# 7.5 -46.2

2# 9.0 -42.5

3有限元计算结果与分析

3.1静态特性

有限元计算结果如表2所示。当满载小车位于桥架跨中位置时，主梁跨中挠度为

9.638mm；最大拉应力为38.593MPa，位于北主梁下盖板的跨中部位；最小压应力为

-37.244MPa，位于北主梁的上盖板跨中部位；Von Mises等效应力为110.914MPa。当空载小车位于桥架端部位置时，主梁跨中挠度为3.494mm；最大拉应力为14.211MPa，位于北主梁端部的下盖板处；最小压应力为-13.806MPa，位于北主梁的上盖板跨中部位；Von Mises 等效应力为62.089MPa。

对比表1和表2可见，有限元计算结果与现场实测结果较为接近，表明建立的有限元模型比较合理。从表2中可知，当满载小车位于桥架跨中位置时，主梁的最大挠度为

9.638mm，符合GB/T 3811—2008《起重机设计规范》对起重机静刚度的要求，即f j≤S/1000，

其中：f j为起重机的静刚度，S为起重机的跨度。同时，桥架的Von Mises等效应力为110.914MPa，远小于桥架材料16Mn的许用应力246.2 MPa。

表2 有限元计算结果

桥架部位计算

工况

y向位移

/mm

主应力

σ/MPa

主应力

σ/MPa

Von Mise等效应

力/MPa

北梁1 3.494 14.211 -13.806 62.089

2 9.638 38.59

3 -37.24

4 110.914

南

梁 2 8.554 38.299 -34.850 109.083 3.2动态特性

为进一步了解该起重机的动态特性，在静态分析的基础上对桥架进行模态分析，得出

其前6阶的固有频率和振型，如表3和图2所示。

表3 桥架前6阶固有频率

阶数固有频率/Hz振动方向

1 2.67 横向水平

2 2.96 横向水平

3 6.82 横向水平

4 7.16 横向水平

5 7.64 纵向垂直

6 7.70 纵向垂直

（a）第1阶振型图（b）第2阶振型图

（c）第3阶振型图（d）第4阶振型图

（e ）第5阶振型图（f ）第6阶振型图

图2 桥架前6阶固有频率所对应的振型图

由表3可知，桥架的第一阶固有频率f =2.67Hz ，符合GB/T 3811—2008对起重机动刚度的要求，即满载自振固有频率不小于2Hz 。

由图2可知，第1、2、3、4阶固有频率对应的振型图反映了桥架横向水平方向的振动，可能是由大、小车的启动或制动等原因激励起振；第5、6阶固有频率对应的振型图反映出了桥架纵向垂直方向的振动，可能是由起升机构的启动或制动等原因激励起振。同时，主梁的上、下盖板和腹板是振动较为严重的部位，故在对起重机日常的维护和检修中要特别注意这些位置的工作状况以及焊缝检测，以提高起重机的疲劳寿命，降低事故发生率，促进安全生产。

4 疲劳寿命计算和分析

4.1 理论基础

对于一个含有裂纹且初始尺寸为a 0的构件来说，在低于临界静应力的作用下，其裂纹不会发生扩展。但构件在交变应力的作用下，其裂纹会发生缓慢地扩展，直至构件断裂破坏。假设应力循环了ΔN 次后，裂纹的扩展量为Δa ，则每当应力循环一周时，裂纹的扩展量为Δa/ΔN （mm/周），将其称为“裂纹扩展速率”。在极限条件下，“裂纹扩展速率”可以用微分d a /d N 来表示。当裂纹由初始尺寸a 0扩展到临界尺寸a c 时，裂纹就会发生失稳扩展，使构件发生疲劳破坏。由Paris 公式表征如下：

/()m da dN C K =?Δ

（1）式中，C 为材料的比例系数，ΔK

为裂纹尖端应力强度因子，K f σΔ=?Δ至（1）式中，可得：

/(m da dN C f σ=??Δ

（2）式中，f 为裂纹形状修正系数，Δσ为应力变化幅值，a 为裂纹长度，m 为材料对裂纹的敏感系数。

在等幅应力作用下，对（2）式积分，可得：

/(c c

N a m p N a N dN da C f σ==??Δ∫∫ （3）

式中，N p 为应力循环次数，a 0为裂纹的初始尺寸，a c 为裂纹的临界尺寸，

222/c c a K f σπ=，K c 为材料的平面应变断裂韧度。

化简，可得：

1/2/2/(1/2)()m m m m a m C f N πσ??=???Δ? （4）则应力循环次数N p 为：

当m ≠2时， 1/2

1/2

/2(1/2)()m m c p m m m a a N m C f πσ???=?????Δ

（5）当m =2时， 022ln(/)

()c p a a N C f πσ=???Δ

（6） 4.2 应力计算

通过对桥架的有限元分析和计算可知，当满载小车（180t 额定载荷）位于桥架跨中位置时，北主梁下盖板裂纹处的最大Von Mises 等效应力σmax 为130.284MPa ；当空载小车位于桥架端部位置(司机室端)时，北主梁下盖板裂纹处的最小Von Mises 等效应力σmin 为37.851MPa ，则裂纹处的应力变化幅值Δσ=σmax -σmin =92.433MPa 。北主梁下盖板的Von Mises 等效应力分布云图如图3所示。

（a ）满载小车位于桥架跨中（b ）空载小车位于桥架端部

图3 北主梁下盖板Von Mises 等效应力分布云图

4.3 疲劳寿命计算

裂纹的初始尺寸a 0对裂纹的扩展寿命有着显著的影响，其值可由无损探伤的方法来确定。若经无损探伤后没有发现裂纹，则a 0的取值范围是0.5~1mm 。出于安全考虑，一般取a 0为0.5mm 。本文所研究的起重机经无损探伤后发现了裂纹，则取a 0为10mm 。

系数C ，m 和f 取决于材料的性质，m 的取值范围是2.4~3.6，C =1.315×10-4/895.4m 。一般情况下，取C=2.16×10-13，m =3.07，f =1。

已知16Mn 的平面应变断裂韧度K c 为

，则裂纹的临界尺寸a c 为：

a c=3529.12/(12×130.2842×3.14)mm=233.26mm

将各参数的值代入（5）式中，可得，

N p=327222次

已知起重机每天吊运200次钢水包，每年作业320天，则起重机北主梁下盖板的裂纹从10mm扩展到临界尺寸233mm需要5年左右时间，即在2015年左右要对该裂纹进行彻底地修补。同时，在例行的检修中，要时刻关注该裂纹的扩展，防止安全事故的发生。

5结语

本文采用有限元模拟和现场测试相结合的方法对某180t×24.85m冶金桥式起重机桥架结构的静态特性，动态特性和疲劳寿命进行了研究。结果表明，有限元计算结果和现场实测结果很接近，验证了有限元模型的有效性。同时，在使用损伤容限设计中的Paris公式时，要谨慎地选取裂纹的初始尺寸和材料系数C、m，使其更能符合实际情况，以便更好地指导实际生产。

[参考文献]

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[4]高素荷. 宝钢25t-27.5m桥式起重机主梁有限元分析[J]. 工程设计学报，2005，12（4）：313-317.

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[6]赵志平，李新勇. 基于损伤容限设计的疲劳裂纹扩展寿命估算[J]. 机械研究与应用，2009（2）：42-43.

[7]黄涛，王涛，杨先勇等. 桥式起重机桥架的三维有限元分析[J]. 武汉科技大学学报，2009，32（6）：623-625.

[8]杨金堂，周诗洋，李公法. 基于ANSYS的桥式起重机桥架结构有限元分析[J]. 武汉科技大学学报，2011，

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[9]徐灏. 疲劳强度设计[M]. 北京：机械工业出版社，1981.

[10]张质文，虞和谦，王金诺，等. 起重机设计手册[M]. 北京：中国铁道出版社，1998.

ansys经典例题步骤

Project1 梁的有限元建模与变形分析计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。 NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。梁承受均布载荷：1.0e5 Pa 图1-1梁的计算分析模型梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）：矩形截面：圆截面：工字形截面： B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007 1.1进入ANSYS 程序→ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK 1.5定义截面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 →Apply →圆截面：ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK

[整理]《ANSYS120宝典》习题.

第1章习题 1.ANSYS软件程序包括几大功能模块？分别有什么作用？ 2.如何启动和退出ANSYS程序？ 3.ANSYS程序有哪几种文件类型？ 4.ANSYS结构有限元分析的基本过程是什么？ 5.两杆平面桁架尺寸及角度如习题图1.1所示，杆件材料的弹性模量为2.1×1011Pa，泊松比为0.3，截面面积为10cm2，所受集中力载荷F=1000N。试采用二维杆单元LINK1计算集中力位置节点的位移和约束节点的约束反力。习题图1.1 两杆平面桁架第2章习题 1.建立有限元模型有几种方法？ 2.ANSYS程序提供了哪几种坐标系供用户选择？ 3.ANSYS程序中如何平移和旋转工作平面？ 4.试分别采用自底向上的建模方法和自顶向下的建模方法建立如习题图2.1所示的平面图形，其中没有尺寸标注的图形读者可自行假定，并试着采用布尔运算的拉伸操作将平面图形沿法向拉伸为立体图形。

习题图2.1 平面图形 5.试分别利用布尔运算建立如习题图2.2所示的立体图形，其中没有尺寸标注的图形读者可自行假定。习题图2.2 立体图形 6.试对习题图2.3所示的图形进行映射网格划分，并任意控制其网格尺寸，图形尺寸读者可自行假定。习题图2.3 映射网格划分

第3章习题 1.试阐述ANSYS载荷类型及其加载方式。 2.试阐述ANSYS主要求解器类型及其适用范围。 3.如何进行多载荷步的创建，并进行求解？ 4.试建立如习题图3.1所示的矩形梁，并按照图形所示施加约束和载荷，矩形梁尺寸及载荷位置大小读者可自行假定。习题图3.1 矩形梁约束与载荷 5.试建立如习题图3.2所示的平面图形，并按照图形所示施加约束和载荷，平面图形的尺寸及载荷大小读者可自行假定。习题图3.2 平面图形约束与载荷第4章习题

ansys疲劳分析基本方法

疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下，出现断裂破坏的现象。例如一根能够承受300 KN 拉力作用的钢杆，在200 KN 循环载荷作用下，经历1,000,000 次循环后亦会破坏。导致疲劳破坏的主要因素如下：载荷的循环次数；每一个循环的应力幅；每一个循环的平均应力；存在局部应力集中现象。真正的疲劳计算要考虑所有这些因素，因为在预测其生命周期时，它计算“消耗”的某个部件是如何形成的。 3.1.1 ANSYS程序处理疲劳问题的过程 ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规范(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)第三节(和第八节第二部分)作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和Mimer累积疲劳准则。除了根据ASME 规范所建立的规则进行疲劳计算外，用户也可编写自己的宏指令，或选用合适的第三方程序，利用ANSYS 计算的结果进行疲劳计算。《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》讨论了上述二种功能。

ANSYS程序的疲劳计算能力如下：对现有的应力结果进行后处理，以确定体单元或壳单元模型的疲劳寿命耗用系数(fatigue usage factors)(用于疲劳计算的线单元模型的应力必须人工输入)；可以在一系列预先选定的位置上，确定一定数目的事件及组成这些事件的载荷，然后把这些位置上的应力储存起来；可以在每一个位置上定义应力集中系数和给每一个事件定义比例系数。 3.1.2 基本术语位置(Location)：在模型上储存疲劳应力的节点。这些节点是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。事件(Event)：是在特定的应力循环过程中，在不同时刻的一系列应力状态，见本章§3.2.3.4。载荷(Loading)：是事件的一部分，是其中一个应力状态。应力幅：两个载荷之间应力状态之差的度量。程序不考虑应力平均值对结果的影响。 3.2 疲劳计算

ansys疲劳分析解析

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。 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。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

ansys疲劳分析基本方法

疲劳就是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下,出现断裂破坏的现象。例如一根能够承受 300 KN 拉力作用的钢杆,在 200 KN 循环载荷作用下,经历 1,000,000 次循环后亦会破坏。导致疲劳破坏的主要因素如下: 载荷的循环次数; 每一个循环的应力幅; 每一个循环的平均应力; 存在局部应力集中现象。真正的疲劳计算要考虑所有这些因素,因为在预测其生命周期时,它计算“消耗”的某个部件就是如何形成的。 3、1、1 ANSYS程序处理疲劳问题的过程 ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉与压力容器规范(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)第三节(与第八节第二部分)作为计算的依据,采用简化了的弹塑性假设与Mimer累积疲劳准则。除了根据 ASME 规范所建立的规则进行疲劳计算外,用户也可编写自己的宏指令,或选用合适的第三方程序,利用 ANSYS 计算的结果进行疲劳计算。《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》讨论了上述二种功能。 ANSYS程序的疲劳计算能力如下: 对现有的应力结果进行后处理,以确定体单元或壳单元模型的疲劳寿命耗用系数(fatigue usage factors)(用于疲劳计算的线单元模型的应力必须人工输入); 可以在一系列预先选定的位置上,确定一定数目的事件及组成这些事件的载荷,然后把这些位置上的应力储存起来; 可以在每一个位置上定义应力集中系数与给每一个事件定义比例系数。 3、1、2 基本术语位置(Location):在模型上储存疲劳应力的节点。这些节点就是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。事件(Event):就是在特定的应力循环过程中,在不同时刻的一系列

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)

几个ansys经典实例(长见识)

平面问题斜支座的处理如图5-7所示，为一个带斜支座的平面应力结构，其中位置2及3处为固定约束，位置4处为一个45o的斜支座，试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。 (a)平面结构(b)有限元分析模型图5-7 带斜支座的平面结构基于ANSYS平台，分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行处理。 (7) 模型加约束左边施加X,Y方向的位移约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →-Structural→Displacement On Nodes →选取2，3号节点→OK →Lab2: All DOF(施加X,Y方向的位移约束) →OK 以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 ?采用约束方程来处理斜支座 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Coupling/ Ceqn →Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1→OK 或者?采用斜支座的局部坐标来施加位移约束 ANSYS Utility Menu：WorkPlane →Local Coordinate System →Create local system →At specified LOC + →单击图形中的任意一点→OK →XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →modeling →Move / Modify →Rotate Node CS →To active CS → 选择4号节点 ANSYS Main Menu：Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement On Nodes →选取4号节点→OK →选择Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) →OK 命令流； !---方法1 begin----以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1) !---方法1 end --- !--- 方法2 begin --以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !在4号节点建立局部坐标系 !nrotat, 4 !将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !D,4,UY !在局部坐标下添加位移约束 !--- 方法2 end

ANSYSworkbench教程—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。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他因素，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

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

一个经典的ansys热分析实例(流程序)

/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches) ! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3 MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 ! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125 ! Define specific heat values（比热） MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 ! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题 ! Define parameters for model generation RI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tank RO1=1.5 ! Outside radius Z1=2 ! Length RI2=.4 ! Inside radius of pipe RO2=.5 ! Outside pipe radius Z2=2 ! Pipe length CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tank WPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axis CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipe WPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default setting BOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warning VOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders /PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on /VIEW,,-3,-1,1

ANSYS疲劳分析的应用

ANSYS疲劳分析的应用在传统的设计过程中，设计人员在概念或详细设计阶段通常使用简单而不真实的计算来估计产品的寿命，而对这些估计寿命的验证通常是通过一定量物理样机的耐久试验得到。不但试验周期长、耗资大，而且许多参数与失效的定量关系也不能在试验中得出，试验结论还可能受许多偶然因素的影响。因此对于产品疲劳寿命的仿真分析方法越来越受到产品设计人员的关注。在塑料机械中，模板是注塑机最重要的零件之一，它的成本是注塑机成本的主要组成部分，模板断裂，注塑机就不能正常工作。从强度出发，当然是选用高质量的材料，而且尽量将模板做得厚一些，但这两点均提高模板造价，影响整机成本。目前模板大部分采用球墨铸铁铸造。这主要考虑：(1) 在模板上铸出加强筋或将模板掏空，可有效减少质量;(2) 由于球铁较易于精铸(树脂砂铸造)，使加工余量大大减少，可有效减少加工成本;(3) 球铁刚性较好，也具有一定强度。虽然设计者充分考虑了模板的强度、刚度，但仍然有许多模板断裂的事故发生，其原因在于模板断裂不是因为静力破坏而是因为疲劳破坏。一、元原理及模型建立当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，在应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏。这种在交变载荷作用下材料或结构的破坏现象称为疲劳破坏[1 ] 。

结构的疲劳破坏，首先在局部区域产生裂缝，一般是在零件和构件的表面，也可能在零件内部有缺陷处，即应力最高的区域。由于该区域代表了整个结构的疲劳强度，所以该区域称为危险区，危险区的应力、应变变化情形为结构疲劳分析中所需的应力或应变2时间历程。因此，结构疲劳应力分析的目的，就是要求得结构在承受各种负荷时，对其危险区的应力或应变响应，作为结构疲劳设计的依据之一。在进行工程结构疲劳分析时，常应用ANSYS 软件为分析工具来确定结构的高应力危险区，并进行负荷谱转化为应力谱或应变谱的工作。本工作将引用基本理论[2]：其中，式中，[ B ] 为应变矩阵;[ D] 为弹性矩阵;{ f e} 及[ Ke ] 为单元节点力及单元刚度矩阵。建立一组以结点位移为未知量的代数方程组，解这些方程组就可以求出物体上有限个离散结点上的位移，从而得到所需的应力和应变。利用三维通用软件UGNX310 建立供分析用的三维几何模型。根据零件的受力情况及要求，建模时作了一些简化：(1) 忽略模板上一些对整体受力影响不大的小孔;(2) 忽略模板上四台柱孔处的小凸台;(3) 忽略顶出联接台;(4) 忽略大部分较小的圆角并作了一定的简化。同时利用ANSYS 的前处理器进行网格划分，得图1 模型。

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

ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南

ANSYSWORKBENCH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

疲劳分析软件 ANSYS FE_SAFE 简介(转)

问题1：ANSYS后处理疲劳功能与ANSYS/Fe-safe疲劳功能的关系是什么？回答1：ANSYS后处理疲劳功能是依据线性累积损伤理论，利用S-N曲线、应力时间历程以及雨流计数技术直接计算疲劳寿命使用系数，属于简单的名义应力疲劳寿命评估，对疲劳的影响因素的考虑有限，适用于粗略估算。ANSYS/Fe-safe则是专用的高级疲劳分析模块，采用先进的单/双轴疲劳计算方法，允许计算弹性或弹塑性载荷历程，综合多种影响因素（如平均应力、应力集中、缺口敏感性、（焊接成型等）初始应力、表面光洁度、表面加工性质等），按照累积损伤理论和雨流计数，根据各种应力或应变进行疲劳寿命和耐久性分析设计，或者根据疲劳材料以及载荷的概率统计规律进行概率疲劳设计以及疲劳可靠性设计，或者按照断裂力学损伤容限法计算裂纹扩展寿命。Fe-safe疲劳计算技术先进，精度很高，广泛实用于各类金属、非金属以及合金等材料。总之，ANSYS后处理疲劳功能仅仅是Fe-safe疲劳功能的一个很少部分，Fe-safe作为复杂环境下的疲劳耐久性计算是ANSYS疲劳的补充与延伸。问题2：什么是高周疲劳和低周疲劳？它们与应力疲劳法和应变疲劳法之间的关系是什么？回答2：根据疲劳断裂时交变载荷作用的总周次，疲劳可分为低周疲劳、中周疲劳和高周疲劳。一般将断裂时的总周次在以下时，称为低周疲劳；断裂时的总周次大于时，称为高周疲劳。在高周疲劳中，构件在破坏之前一般仅发生极小的弹性变形，而在低周疲劳中，应力往往大到足以使每个循环产生可观的宏观的塑性变形。因此，低周疲劳较高周疲劳而言显示出了延性状态。高周疲劳传统上用应力范围来描述疲劳破坏所需的时间或循环数，即按应力疲劳法评估疲劳寿命。低周疲劳（短寿命）传统上用应变范围来描述全塑性区域疲劳破坏所需的时间或循环数，即按(局部)应变疲劳法评估疲劳寿命。 ANSYS FE-SAFE是一款高级疲劳耐久性分析和信号处理的软件，它是多轴疲劳分析解决方案的领导者，算法先进，功能全面细致，是世界公认精度最高的疲劳分析软件。 ANSYS FE-SAFE既支持基于疲劳试验测试应力和应变信号的疲劳分析技术，也支持基于有限元分析计算的疲劳仿真设计技术。 ANSYS FE-SAFE具有完整的材料库、灵活多变的载荷谱定义方法、实用的疲劳信号采集与分析处理功能以及丰富先进的疲劳算法，完整的输出疲劳结果。疲劳分析软件ANSYS FE_SAFE 简介（转）来源：刘兴兴的日志

ansys考试题

1、使用 ansys 可以进行的分析类型有哪些？结构分析、热分析、电磁分析、流体分析以及耦合场分析 2、ANSYS 典型分析过程由哪三个部分组成？前处理、求解计算和后处理 3、 a nsys 第一次运行时缺省的文件名是什么？ 4、前处理模块主要包括哪两部分？ 5、简述 ANSYS 软件的分析具体求解步骤具体步骤如下： 1）启动ansyso 已交互模式进入 ansys,定义工作文件名 2）设定单元类型。对于任何分析，必须在单元库中选择一个或几个合适分析的单元类型,单元类型决定了辅加的自由度,许多单元还要设置一些单元选项,诸如单元特性和假设 3）定义材料属性。材料属性是与结构无关的本构属性，例如杨氏模量、密度等，一个分析中可以定义多种材料，每种材料设定一个材料编号。 4）对几何模型划分网格 5）加载 6）结果后处理 6、ansys 常用的文件类型有哪些? 1）Jobname.db ansys 数据库文件，记录有限元单元、节点、载荷等数据，它包含了所有的输入数据和部分结果数据。 2）Jobname.log ansys 日志文件，以追加式记录所有执行过的命令，使用 INPUT 命令读取，可以对崩溃的系统或严重的用户错误进行恢复。 3） Jobname.err ANSYS 出错记录文件，记录所有运行中的警告、错误信息 4） Jobname.out ANSYS 输出文件，记录命令执行情况 7、 A NSYS 使用的模型可分为哪两大类？实体模型和有限元模型，其中实体模型不参与有限元分析 8、 A NSYS 的整体坐标系有哪三类？笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系 9、在ansys 对话框中"0K"按钮和“ Apply "按钮的区别是什么？在ansys 对话框中“ 0K "按钮表示执行操作，并退出此对话框；而“ apply "按钮表示执行操作，但并不退出此对话框，可以重复执行操作。 10、ANSYS 软件中提供了的创建模型的方法有哪些？ 5) Jobname.rst ANSYS 结果文件，记录一般结构分析的结果数据 6) Jobname.rth ANSYS 结果文件，记录一般热分析的结果数据 7) Jobname.rmg ANSYS 结果文件，记录一般磁场分析的结果数据 File 参数定义和建立有限元模型

【ANSYS精品资源】利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析

利用ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析 ANSYS随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数（如：均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。本文介绍了ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行ANSYS 随机疲劳计算的具体过程。１．随机疲劳现象普遍存在在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机载荷作用下工作，当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后，经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。 2．ANSYS随机振动分析功能介绍 ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面： 1.具有位移、速度、加速度、力和压力等PSD类型； 2.能够考虑a阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比； 3.能够定义基础和节点PSD激励； 4.能够考虑多个PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波 1

传播关系等； 5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据：1σ位移解，1σ速度解和 1σ加速度解； 3．利用ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以S-N曲线为依据进行寿命估算的方法，可以直接得到总寿命。下面围绕该方法举例说明ANSYS随机疲劳分析的一般原理。当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图1所示）：应力区间发生的时间 -1σ ~+1σ68.3%的时间 -2σ ~+2σ27.1%的时间 -3σ ~+3σ 4.33%的时间 99.73% 大于3σ的应力仅仅发生在0.27%的时间内，假定其不造成任何损伤。在利用Miner 定律进行疲劳计算时，将应力处理成上述3个水平，总体损伤的计算公式就可以写成：其中： 2