ansysworkbench疲劳分析实例
(完整版)疲劳分析的数值计算方法及ANSYS疲劳分析实例
第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
(完整版)疲劳分析的数值计算方法及ANSYS疲劳分析实例
第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
(完整版)疲劳分析的数值计算方法及ANSYS疲劳分析实例
第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
基于Ansys Workbench的钢丝绳应力和疲劳分析
全绳的卷绕缆绳最为合适。因此 ，研究 钢丝 绳的 相 关 性 能 和 提 高其 可靠 性 对 于整 个 可 伸 缩 太 空 安 全绳 的研 制具 有至 关重 要 的意义 。
１ 有 限元模型设定
使 用 Ｓｉｅｍｅｎｓ ＮＸ 对 钢 丝 绳 进 行 参 数 化 建 模 ．３ Ｊ，获 得钢丝 绳 的三 维 模 型 ，将 模 型 导 入 Ａｎ— ｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ Ｌ４ 软 件 。利 用 Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ白带 的材料 库 ，设 置 钢 丝绳 的 材 料 为 不 锈 钢 。 由于 钢 丝绳结构复杂 ，为减少计算时 间，在保证计算结 果 较为 精 确 的情 况 下 ，在 对 钢 丝 绳 三 维 模 型 进 行 网格划分 时，应尽 量减少 网格 的数量 ，尤其是对 于结构 较 为复杂 的 ６×１９ＩＷＳ型 钢丝 绳 。设 置 Ｍｅｓ． ｈｉｎｇ为 自动 网格 划 分 ，Ｒｅｌｅｖａｎｃｅ为 ０，Ｒｅｌｅｖａｎｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ为 Ｃｏａｒｓｅ。将 钢丝绳 一 端 （Ａ端 ） 的所 有 钢
基 于 Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的钢 丝 绳 应 力和 疲 劳 分 析
褚文 敏 郑 刚 刘志 才 魏 书 林 北京 工业 大 学机 械 工程 与应 用 电子技 术 学院 北京 １００１２４
摘 要 ：为了研究钢丝绳直径 、结构 和环境温度对钢丝绳疲劳寿命的影响 ，选 择用于太空安 全绳 的钢丝 绳 ， 通过 Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ分析软件建立钢丝绳 多场耦合有 限元模 型 ，计算不 同因素对钢 丝绳应力 的影 响。根据应力 疲 劳理论 ，导 入不 锈钢 材料的应力 一寿命 曲线 ，对钢 丝绳 的疲 劳寿命 进行仿 真分析 ，通 过钢丝绳 的疲 劳寿命 云 图可以发 现 ，钢丝绳的直径 和结构对钢丝绳的疲 劳寿命影 响较 大 ，环境温度 对钢丝 绳的疲 劳寿命影 响较小 。根 据仿真结果和具体使用条件 ，遴选 出最适合用 于太空安全绳 的钢 丝绳 。
一个PPT让你搞懂AnsysWorkbench疲劳分析应用
一个PPT让你搞懂AnsysWorkbench疲劳分析应用
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：
1）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。
2）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ANSYS Workbench结构分析模块的后处理中的疲劳计算工具可以完成高周疲劳和低周疲劳的计算。
基于ANSYS Workbench的齿轮弯曲疲劳寿命分析
析模块对 １８ＣｒＮｉＭｏ７—６直齿 圆柱齿 轮进行弯 曲疲 劳寿命分析 ， 定接触类型齿轮与支撑头接触类型为不分离接触 。（５）网格的选取
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｚ ｄａ ｔａ ｏｆｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｓｐｕｒ ｇｅａｒ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｓｐｕｒ ｇｅａｒ ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｅｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ，ｔｈｅ ｓｔｒａ ｉｇｈｔ ｓｐｕｒ ｇ ｅａｒ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ １８ＣｒＮｉＭｏ７－６ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｔａｋｅｎ ａ ｂｅｎｄｉｎｇｆａｔｉｇｕｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｏｙ ｓｔｅｅｌ ｇｅａ ｒ ｆａ ｔｉｇ ｕｅ ｌｉ ｆｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｉｍｕｌａ ｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ ａｎｄ ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｔｏｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｅ ｓｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｓｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｗｉｔｈｔｅｓｔ ｄａｔａ，ｉｔｉｓ ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｅ ｃａｎ ｇｅｔ ｒｅｌａｔｅｄｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｃｈａ ｎｉ ｃａｌ ｐａｒｔ ｑｕｉｃｋｌｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｔｏｏｌ ｔｏ ｍｅｅｔ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃａｓｅｓ．Ｉｔ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕ ｃｔ ｄ ｅ ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｙｃｌｅｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｉｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｅｎｇｉｎｅ ｅｒｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．
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。
基于ANSYS Workbench的扭转弹簧疲劳寿命分析
基于ANSYS Workbench的扭转弹簧疲劳寿命分析时宏森】，杨涛1，唐超】，蔡大静】，陈强2(1.贵州航天林泉电机有限公司，贵州贵阳550081$.国家精密微特电机工程技术研究中心，贵州贵阳550081)摘要：扭转弹簧是一种利用材料的弹性来工作的机械零件，一般用弹簧钢制成，是一种机械蓄力结构,用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、存储和释放能量、测量力的大小等，广泛应用于坦克、汽车、摩托车、收割机等地面装备的传动扭力杆及减震结构。
扭转弹簧属于螺旋弹簧，扭转弹簧的端部被固定在其他组件上,当其他组件绕着弹簧中心旋转时,弹簧产生扭矩或旋转力，有将它们拉回到初始位置的趋势。
根据应用要求，可以设计扭转弹簧的旋向(顺时针或逆时针),弹簧的末端可绕成钩状或直扭转臂。
弹簧的工作寿命一般在104〜105以上，一般来说属于长寿命机械零件，失效模式属于高周疲劳。
基于有限元软件ANSYS Workbench仿真分析某扭转弹簧的疲劳寿命，并结合实物试验进行对比分析，验证理论计算的准确性，形成一套疲劳寿命计算方法。
关键词：疲劳；寿命；扭转弹簧；仿真；实物试验;ANSYS Workbench中图分类号:V19文献标志码：AFatigue Life Analysis of Torsion Spring based on ANSYS WorkbenchSHI Hongsen】,YANG Tao1,TANG Chao1,CAI Dajing1,CHEN Qiang2(1.Guizhou Aerospace Linquan Motor Co.,Ltd.,Guiyang550081,China； 2.National Engineering ResearchCenter for Small and Special Precision Motors,Guiyang550081,China) Abstract:Torsion spring was a kind of mechanical part which used the elasticity of material for working.It was gener-aly madeofspringsteelandwasakindofmechanicalstoragestructure whichwasusedtocontrolthemovementofthema-chineparts mitigatetheimpactorvibration storeandreleaseenergy and measure the force Soitwaswidelyusedinthe transmissiontorsionbaranddampingstructureoftank automobile motorcycle harvesterandothergroundequipment Torsionspringbelongedtocoilspring andtheendoftorsionspring wasfixedtoothercomponents Whenothercompo-nentsrotatedaroundthespringcenter thespringproducedtorqueorrotationforce which tended to pul them back to the originalposition Accordingtotheapplicationrequirements therotationdirectionofthetorsionspringcouldbedesigned (clockwiseorcounterclockwise)andtheendofthespringcouldbewoundintoahookorastraighttorsionarm Generaly speaking,the working life of spring was more than104〜105.It belonged to long-life mechanical parts,and the failure modebelongedtohighcyclefatigue BasedonthefiniteelementsoftwareANSYS Workbench thefatiguelifeofatorsion spring wassimulatedandasetoffatiguelifecalculation method wasformedbycomparingandanalyzingtheactualtestto verifytheaccuracyoftheoreticalcalculationKeywords:fatigue life torsionspring simulation actualtest ANSYS Workbench疲劳寿命试验是一项耗时、耗资的大型试验,时间周期长、子样数量大、数据处理复杂是疲劳寿命试验的主要特点,对机械产品的每一个零件都开展疲劳寿命试验显然是不现实的’根据材料疲劳理论,结合电子计算机及有限元技术的发展,可以通过虚拟仿真试验确定产品零件的疲劳寿命。