ansys公司培训教材疲劳分析
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。
???? 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。
???? 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§。
????? 载荷(Loading)：是事件的一部分，是其中一个应力状态。
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(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 疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
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。
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应力状态,见本章§3、2、3、4。
载荷(Loading):就是事件的一部分,就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 疲劳计算完成了应力计算后,就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
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 疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
ansys公司培训教材疲劳分析
疲劳模块
本章概述
• • 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.
培训手朋
ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation
– 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅 载荷 (本章之后将给予讨论).
February 20, 2004 Inventory #002018 14-4
疲劳模块
… 成比例载荷
•
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ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation
Availability x x x x x x
February 20, 2004 Inventory #002018 14-11
疲劳模块
… 疲劳程序
•
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ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation ANSYS Workbench – Simulation
… 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.
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ANSYS疲劳分析
ANSYS疲劳分析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。
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)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：(1)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)；(2)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；(3)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。
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。
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.疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器POST1 中进行疲劳计算。
疲劳分析1
ANSYS帮助中疲劳一章的翻译(1)（资料来源：半导体仿真论坛—）第13章疲劳13.1 疲劳的定义疲劳是结构在承受低于其极限载荷的力的反复作用下发生破裂的现象。
例如，一根钢条或许可以承受只有300KN的静态拉力的作用，但在200KN的力的反复作用下，就很可能发生破坏。
引起疲劳失效的主要因素包括：·经历的载荷周期数；·单周期内应力的变化幅度；·单周期内的平均应力；·局部应力集中的存在。
当计算在预计的生命周期中某个部分的耗用状况时，一个正式的疲劳评估要涉及以上任何一个因素。
13.1.1 ANSYS程序的任务ANSYS 疲劳计算是以ASME锅炉与压力容器规范的第3部分（和第8部分第二章）为依据，采用了简化了的弹塑性假设和Miner累积疲劳准则。
除了基于ASME规范的疲劳计算外，用户也可以自己定义宏指令，或者用合适的第三方程序与ANSYS分析结果相接。
（更多信息请参考ANSYS APDL程序指南）ANSYS有以下疲劳计算能力：·用户可以对现有的应力结果进行后处理来确定任何实体单元和壳单元的疲劳耗用因数（对线单元模型疲劳分析用户也可以手工输入应力）。
·用户可以在预先选定的位置上确定一定数目的事件以及这些事件中的载荷，然后保存这些位置上的应力。
·用户可以为每个位置定义应力集中系数和给每个事件定义比例因数。
13.1.2 基本术语位置在模型上所要保存疲劳应力的节点。
用户通常可以选取结构上易于发生疲劳破坏的的点的位置。
事件是在某个特定的应力循环中出现在不同的时刻的一系列应力状态。
更多信息请参考本章后面的获取精确耗用系数指南。
载荷一个应力状态，是事件的一部分。
交变应力强度是任何两个载荷间的应力状态的差的测量值，程序不因平均应力的影响而调整交变应力强度。
13.2 疲劳计算的步骤疲劳计算是应力计算结束后在通用后处理器POST1中进行的。
通常包括以下五个主要步骤：1. 进入通用后处理POST1，恢复数据库；2. 设定尺寸（位置﹑事件和载荷的数目），定义疲劳材料特性，确定应力位置，定义应力集中因数。
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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
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σmax σmin
February 20, 2004 Inventory #002018 14-6
疲劳模块
… 应力-寿命曲线
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– 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅 载荷 (本章之后将给予讨论).
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疲劳模块
… 成比例载荷
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ANSYS Workbench 疲劳分析
疲劳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.
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– 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
• 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 • 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)
疲劳模块
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
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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.
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疲劳模块
…应力-寿命曲线
• 因此,记住以下几点:
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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.
… 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.
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•
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.
February 20, 2004 Inventory #002018 14-3
疲劳模块
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
疲劳模块
… 总结
• •
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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:
σ2 = constant σ1
February 20, 2004 Inventory #002018 14-5
疲劳模块
… 应力定义
•
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对数显示
上述数据曲线，分别是用线性与对数来表示的. 由于数据的本质原因, 采用对数绘制曲线，往往 能更方便地查看S-N曲线的情况.
February 20, 2004 Inventory #002018 14-7
疲劳模块
…应力-寿命曲线
• 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 •
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 比例 – 变振幅下的疲劳程序, 比例载荷情况 比例 – 恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 比例
•
上述功能适用于 ANSYS DesignSpace licenses和 附带疲劳模 块的更高级的licenses.
February 20, 2004 Inventory #002018 14-2
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（Stressbased ）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 .
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疲劳模块
B. 疲劳程序 (基本情况)
•
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Availability x x x x x x
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… 疲劳程序
•
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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:
– 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 – 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 – 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
线性显示
– 在本节中,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C 和 D节中逐一讨论.
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•
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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.
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.