有限元软件进行疲劳分析的若干问题
机械设计中有限元分析的几个关键问题
机械设计中有限元分析的几个关键问题在机械设计中，有限元分析是一种重要的工具，可以用来评估和优化设计的强度、刚度、疲劳寿命等性能，降低产品的开发成本和风险。
在进行有限元分析时，有几个关键问题需要注意和解决。
首先是模型的建立。
模型的建立是有限元分析的基础，它决定了分析结果的准确性和可靠性。
在建立模型时，需要根据实际情况选择适当的单元类型、单元尺寸和单元数量，保证模型能够准确地描述物体的几何形状和材料性质。
还需要考虑到边界条件的设定，确保模型受到合理的外载荷和约束。
其次是材料性质的确定。
有限元分析的准确性很大程度上依赖于材料性质的准确性。
在进行分析时，需要根据材料的实际性质来确定杨氏模量、泊松比、屈服强度、断裂韧性等参数。
对于复合材料等非均质材料，还需要考虑各向异性的影响。
还需要注意材料的温度依赖性和变形能力等因素。
第三个关键问题是边界条件的设定。
边界条件是指约束和载荷的设定，它们对分析结果有很大影响。
在进行有限元分析时，需要根据实际应用情况合理地设置边界条件，使得模型能够准确地模拟物体的工作状态。
对于载荷的设定，需要考虑到方向、大小和作用时间等因素。
对于约束的设定，需要确保模型的自由度数目与实际情况相符，并注意约束的刚度是否过大或过小。
最后一个关键问题是网格及其质量的控制。
有限元分析需要将物体离散为有限个单元，然后求解这些单元的变形和应力等参数。
单元网格的选择和质量将直接影响分析结果的准确性和稳定性。
在进行有限元分析时，需要遵循网格生成的原则，如均匀性、光滑性和刚度适应性。
还需要对网格进行细化和改进，以提高分析的准确性。
在进行有限元分析之前，需要对网格进行验证和检验，确保网格质量达到要求。
机械设计中有限元分析的关键问题包括模型的建立、材料性质的确定、边界条件的设定和网格质量的控制。
通过合理解决这些问题，可以得到准确可靠的分析结果，为机械产品的设计和优化提供支持和指导。
基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告
基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对齿轮的疲劳进行分析,计算出齿轮的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为齿轮的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析如下图所示为某齿轮三维模型，参考图示形状，自定义尺寸，并建立一对啮合齿，施加50N*M扭矩进行齿轮接触分析，随后进行疲劳分析，分析齿轮寿命，材料为40Cr。
图1 齿轮三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，40Cr材料的杨氏模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3，密度7800kg/m3，两对齿轮的材料一致。
图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。
只需要建立齿轮的端面然后拉伸即可，另一对齿轮采用该齿轮进行对称偏移获取，首先建立齿轮端面草绘，为保证结构对称，只建立一半截面，如下图所示：拉伸截面，并对称建立整个单齿，如下所示：同理建立另一齿轮，最终模型如下所示进入Workbench进行材料设置，其中齿轮分别设置材料为结构钢。
进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，从动齿内圈固定，主动齿施加扭矩，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.2mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为467.4MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该齿轮最多可以使用14794次，此后便会发生裂纹破坏。
《ABAQUS有限元分析常见问答解答》常见问答
《ABAQUS有限元分析常见问答解答》常见问答Q:什么是有限元分析？A:有限元分析是一种数值模拟方法，用于解决工程结构的力学行为和应力分布问题。
它将结构分割成一系列小的有限元单元，并利用有限元理论和数值计算方法求解结构的力学响应。
Q:有限元分析有什么应用领域？A:有限元分析广泛应用于工程领域，如航空航天、汽车工程、建筑结构、管道工程等。
它可以用于模拟结构在不同工况下的受力行为，预测结构的变形、应力、疲劳寿命等。
此外，有限元分析还可以用于优化设计，提高结构的性能和安全性。
Q:ABAQUS是什么？A: ABAQUS是一种有限元分析软件，由法国达索系统公司（Dassault Systemes）开发和销售。
ABAQUS提供了广泛的分析功能和工具，包括线性和非线性分析、动力学分析、热分析、疲劳分析等。
Q:如何进行有限元分析？A:进行有限元分析通常需要以下步骤：首先，准备结构的CAD模型，并对其进行网格划分。
然后，定义结构的边界条件、材料参数和加载条件。
接下来，设置分析类型和求解器选项。
最后，运行分析并分析结果。
Q:有限元网格划分的原则是什么？A:有限元网格划分的原则是使得结构在每个单元内的变形和应力变化尽量平缓。
同时，网格划分应该尽可能与结构的几何形状相符，以获得更精确和可靠的分析结果。
通常，复杂形状的结构需要更精细的网格划分。
Q:有限元分析中的边界条件有哪些？A:在有限元分析中，边界条件是用来约束结构的自由度，以模拟实际工况。
常见的边界条件包括固定边界（约束平移和旋转自由度）、强制位移（施加位移边界条件）、受力施加边界条件等。
Q:如何选择适当的材料模型？A:材料模型的选择应根据材料的行为特性和分析目的进行。
对于线性弹性材料，可以使用线弹性模型。
对于非线性材料，如塑性材料或橡胶材料，可以选择合适的非线性模型。
在选择材料模型时，还要考虑材料的温度依赖性、破坏准则等因素。
Q:有限元分析中的求解器有哪些？A:ABAQUS提供了多种求解器，用于求解不同类型的分析问题。
ansa lsdyna疲劳分析 (2)
ansa lsdyna疲劳分析
LS-DYNA是一种用于非线性动力学分析的有限元软件。
它可以用于模拟各种结构在不同加载情况下的动态响应。
在
LS-DYNA中进行疲劳分析时，可以使用一系列的动态加载模拟来模拟结构的实际使用情况。
以下是在LS-DYNA中进行疲劳分析的一般步骤：
1. 创建有限元模型：使用CAD软件创建结构的几何模型，并导出为适用于LS-DYNA的有限元网格模型。
2. 定义材料性能：为结构定义合适的材料模型和材料参数，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧度等。
3. 设置加载条件：指定加载条件，包括载荷大小、载荷类
型和载荷历程，以模拟结构的实际使用情况。
4. 进行动态分析：运行LS-DYNA来执行动态分析，模拟
结构在加载条件下的响应。
5. 提取应力历程：从动态分析结果中提取结构中关键位置
的应力历程，并转换为疲劳载荷。
6. 进行疲劳分析：使用疲劳软件（如FE-Fatigue）来进行
疲劳分析，计算结构在疲劳载荷下的寿命。
7. 结果评估：评估疲劳分析结果，确定结构的寿命和可能
的疲劳失效位置。
需要注意的是，LS-DYNA本身并不提供完整的疲劳分析功能，而是通过与疲劳软件的集成来实现疲劳分析。
因此，
在进行LS-DYNA的疲劳分析时，需要选择适合的疲劳软件，并进行软件之间的数据传输与集成。
有限元法进行疲劳分析
元计算科技发展有限公司是一家既年青又悠久的科技型企业。年青是因为她正处在战略重组 后的初创期，悠久是因为她秉承了中国科学院数学研究所在有限元和数值计算方面所开创的光荣 传统。元计算的目标是做强中国人自己的计算技术，做出中国人自己的CAE软件。
元计算秉承中国科学院数学与系统科学研究院有限元自动生成核心技术（曾获中科院科技进 步二等奖、国家科技进步二等奖），通过自身不懈的努力与完善，形成一系列具有高度前瞻性和 创造性的产品。
5. 评估(Evaluation) 一般来说，我们可进行下列估算： ·事件损伤(Event Damage) ·事件损伤方向(Event Damage Direction) ·损伤累积(Accumulated Damage) ·事件寿命估算(Event Life Estimate)
6. 后处理(Post Processing) 疲劳分析的后处理与静力学的后处理完全一致，此处不再重复。
有限元法进行疲劳分析
一、有限元法疲劳分析的基本思路
用有限元法进行疲劳分析，其基本思路是：首先进行静或动强度分析，然后进入到后 处理器取出相关的应力应变结果，在后处理器中再定义载荷事件，循环材料特性，接着根 据所需要的疲劳准则对每一个载荷事件进行寿命计算，最后根据累计损伤理论判断是否开 始破坏。由于结构受力状态往往是一复杂的应力状态，而在实验中测 得的结构材料S-N曲 线又常是在简单应力状态下获得的，因此常用最小能量屈服准则或其它等效准则，将所研 究的疲劳点上的复杂应力用一个等效应力替代。对有限元法而言，这一过程很容易实现。 等效替代以后，即可参照原始材料的S-N曲线进行疲劳寿命评估。上述方法称之为应力-寿 命法或S-N法，该方法不严格区 分裂纹产生和裂纹扩展，而是给出结构发生突然失效前的 全寿命估计。当然，还可以采用更加现代化的局部应变法或初始裂纹法。因篇幅所限，因 此仅讨论S-N法，且针对车辆结构疲劳分析。
基于有限元的疲劳分析方法及实践
基 于有 限元 的疲 劳分析 方 法及 实 六 践
王彦伟 罗继伟 ｚ 叶 军 ｚ 陈立平 ， （华 中科技大 学 国家 Ｃ Ｄ支撑 软件 工程技 术研 究 中心 ， Ａ 武汉 ４ ０７ ） 洛 阳轴 承研究 所 ， ３０４ （ 洛阳 ４ １３ ） ７０４
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和不同载荷顺序对疲劳寿命的影响 ， 因而无法适用与塑性变形居 主导地位的低周疲劳情况。
微观塑性变形有关 ； 但从宏观上 ， 人们仍然根据疲劳破坏发生时 的应力循环次数 ， 将疲劳破坏分为高周疲劳和低周疲劳［ 其中 ， １ 】 。 高周疲劳受应力幅控制中 ， 循环应力 的水平较低 ， 弹性变形居 主
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联合ANSYS Workbench和nCode DesignLife进行疲劳分析
联合ANSYS Workbench和nCode DesignLife 进行疲劳分析2018-09-09 21:38设计/技术疲劳失效是机械零部件失效的主要形式。
如何对这些结构进行有效的疲劳分析，引起了很多产品设计工程师的关注。
对于一般零部件的疲劳分析，并没有理论公式可以解决，几乎都是依据有限元技术以及疲劳分析技术。
因此联合有限元分析软件和疲劳分析软件，对这些零部件进行疲劳分析，是解决这类问题的有效途径。
ANSYS Workbench是世界上著名的以多物理场分析为特色的有限元分析软件，而DesignLife是ANSYS nCode下功能强大的疲劳分析软件。
本文以材料力学中中一根变截面轴的弯扭组合的疲劳分析为例，说明如何联合这两款软件对之进行疲劳分析。
问题描述如下：一根变截面轴，左边轴段（蓝色部分）固定，而在最右边轴段上（红色部分）施加一个1N的集中力（它导致弯曲变形）和一个1000Nmm的集中力偶（它导致扭转变形）对于这两种载荷的时间历程，使用力传感器进行测定94秒，得到如下图所示的时间历程曲线。
上图中的红色曲线图反应了集中力随时间的变化规律，横坐标是时间，单位是秒，这里测试了94秒。
而纵坐标是载荷的大小。
从图中可以看出，最大的载荷是18KN 左右，而且也可以看到，载荷的变化很不规则，并非理想的循环方式。
而蓝色曲线反应的是集中力偶随时间变化的规律，其幅值在-2717到2834之间改变。
该轴的材料已经给定，是碳钢SAE1045_390_QT.现在要求对该轴进行疲劳分析。
使用Workbench和DesignLife对之进行疲劳分析，分为两步。
第一步是在Workbench中建立有限元模型，并分别施加集中力和集中力偶，通过计算，得到两种情况的米塞斯应力，这相当于两种工况，这样可以得到ANSYS Workbench 的结构分析结果文件*.rst.第二步在DesignLife中进行，首先根据疲劳分析的五框图，构造疲劳分析流程，然后分别设定各个框图的属性，即有限元结果文件，载荷文件，材料文件，疲劳分析选项，然后启动分析，通过后处理以查看轴上各点的疲劳寿命。
基于有限元的疲劳分析方法及实践
基于有限元的疲劳分析方法及实践基于有限元的疲劳分析方法及实践疲劳是物体在循环荷载作用下发生的连续循环应力引起的损伤和破坏过程，对于工程结构的安全可靠性至关重要。
为了预测和评估结构在长期使用中的疲劳寿命，我们需要进行疲劳分析。
有限元方法是一种广泛应用的用于疲劳分析的数值模拟方法，它能够预测结构在不同应力循环下的寿命和破坏。
有限元方法基于结构的离散化，通过将结构划分为多个小单元来近似描述结构的力学行为。
在疲劳分析中，有限元方法可以应用于确定结构在复杂载荷历程下的应力和应变分布，并进一步评估结构的寿命。
下面将介绍有限元疲劳分析的基本步骤和实践经验。
首先，进行有限元模型建立。
有限元模型是指根据结构的几何形状和物性参数，以及实际工作条件建立的数值模型。
通过使用计算机辅助设计软件，我们可以将结构的几何形状进行精确建模，并定义结构中的材料参数和加载条件。
其次，确定结构的应力循环历程。
在实际工作中，结构往往会受到多种复杂的载荷作用，在疲劳分析中需要对这些载荷进行定量描述。
一般情况下，我们可以通过实验测量或者数值模拟来获取结构在不同工况下的应力循环历程。
接下来，进行疲劳寿命预测。
通过有限元分析软件，可以计算出结构在不同应力循环下的应力和应变分布。
利用经验公式或者材料的疲劳性能曲线，可以计算出结构在不同应力循环下的疲劳寿命。
疲劳寿命预测是疲劳分析的核心内容，它可以帮助工程师判断结构的安全性，进而进行优化设计。
最后，进行疲劳寿命验证。
在疲劳寿命预测的基础上，需要通过一定的实验验证来确定与有限元分析结果的一致性。
疲劳试验可以使用转子转速、台阶加载或实际工况加载等方法进行，通过实验可以验证有限元模型的准确性和可靠性。
对于疲劳分析的实践经验，有以下几点需要注意：1.准确建立有限元模型。
有限元模型的准确性关系到疲劳分析结果的可靠性。
在建模过程中，需要仔细考虑结构的几何形状、边界条件和材料参数等因素，确保模型与实际工程结构相匹配。
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首先要明确我们大体上遇到的疲劳问题均为高周疲劳问题（当然不排除个别如压力容器和燃气轮机的零件疲劳问题），应力水平较低，破坏循环次数一般大于十的四次方或五次方。
疲劳设计和寿命预测方法一般有无限长寿命设计法和有限寿命设计法。
无限寿命设计法使用的是S-N曲线的右段水平部分（疲劳极限），而有限寿命设计法使用的是S-N曲线的左段斜线部分。
有限寿命设计的设计应力一般高于疲劳极限，这时就不能只考虑最高应力，而要按照一定的累积损伤理论估算总的疲劳损伤。
大多数零件所受循环载荷的幅值都是变化的，也就是说，大多数零件都是在变幅载荷下工作。
变幅载荷下的疲劳破坏，是不同频率和幅值的载荷所造成的损伤逐渐积累的结果。
因此，疲劳累计损伤是有限寿命设计的核心问题。
一般常用三种累积损伤理论，其各自适用范围如下：
线性疲劳累积损伤理论适合于高周疲劳寿命计算，可较好地预测疲劳寿命均值。
线性累计损伤理论指的是损伤积累与循环次数成线性关系，包括Miner法则和相对Miner法则；Miner 理论的表达式为（D为损伤）
修正的线性疲劳累积损伤理论适合于低周疲劳寿命计算；
而非线性疲劳累积损伤理论对二级加载情况的疲劳寿命估算比较有效。
非线性累计损伤理论包括损伤曲线法和Corten-Dolan理论。
要注意的是，只有当应力高于疲劳极限时，每一循环使结构产生一定量的损伤，这种损伤是累积的；当应力低于疲劳极限时，由于此时N将无穷大，因此，它的循环便不必考虑。
国内外常用的疲劳设计方法-安全寿命法的具体步骤为：
1. 得到用于疲劳计算的载荷谱；
2. 计算构件各位置的应力历程；
3. 利用计数法（如雨流法）将应力历程整理为不同应力幅及其相应的循环次数；
4. 由S-N曲线得到应力幅对应的使用极限；
5. 利用累积损伤理论（如Miner准则）计算总损伤；
6. 计算安全寿命Ts=TL/D
MSC.Fatigue软件与此方法结合的很好，然而，有限元法解决实际工程中的疲劳问题还有一些问题：
1. 目前疲劳理论对于材料微裂纹的形成和扩展过程中的某些效应无法全面彻底地分析其机理，因此在此基础上发展而来的各种方法在某些情况下可能导致结果误差很大；
2. 各种疲劳分析有限元法对应力类型及作用方式十分敏感，而实际工程中这些因素往往无法精确得到，造成结果分散性相当大；
3. 很难预先判断易发生疲劳破坏的危险区域，而想要对其中所有可能发生初始裂纹的节点进行细化建模分析目前显然不太现实；
4. 不确定因素如载荷时间历程的复杂性、模型试验结果的分散性、残余应力及腐蚀影响等，可能导致结果与实际情况存在量级上的偏差。
对于常用的疲劳分析软件Fatigue，其自带三种分析方法适用范围如下：
1. S-N曲线总寿命分析法：
疲劳寿命相当长的结构，且很少发生塑性变形；
裂纹初始化及裂纹扩展模型不适用的结构如复合材料、焊接材料、塑料以及一些非钢结构；已有针对结构的大量现成S-N数据的情形；
焊接热点区域疲劳分析以及随机振动引发的疲劳问题。
2. 适用裂纹初始化分析法的情形：
基本没有缺陷的金属构件；
对安全性要求高，把初始裂纹的发生作为疲劳失效准则的构件；
确定哪些节点可能会发生疲劳初始裂纹并研究裂纹扩展情况时；
分析结构使用不同材料以及不同表面处理情况的影响效应时；
各项同性且延展性强的金属材料构件，具有对称的循环应力-应变曲线；
塑性占据主要地位的低周疲劳。
3. 裂纹扩展分析法适用情形：
已有裂纹的结构及假定在制造阶段已经发生初始裂纹的结构，如焊接结构；
实现程序中的预报分析避免试件发生实际裂纹扩展；
在安排对结构的例行检查之前应进行裂纹扩展计算，从而确定常规检查频率的情形；
已发生初始裂纹后简单地计算结构的剩余寿命；
各项同性且延展性强的金属材料构件，具有对称的循环应力-应变曲线。
一般情况下常用全寿命（S-N）分析，它以材料或零件的应力为基础，用雨流循环计数法和Miner线性累积损伤理论分析。
可以选择诸如平均应力修正方法和置信参数等不同参数，可以应用材料或零件的S-N曲线。
这种方法对裂纹的产生和扩展不加以明确区分，能够预测到有较大损伤或破坏为止的总寿命。
当然此方法还可以对材料在一系列循环载荷作用下各部位的损伤度、剩余寿命进行评价。
影响疲劳强度的主要因素有：
1. 平均应力。
大部分疲劳测试是在R=-1（全对称循环载荷）下进行，若在其它R值下需要对S-N曲线进行修正，常用平均应力修正方法有古德曼与戈贝尔法。
古德曼法偏于保守，真实值介于两者之间。
用疲劳极限图表示，横坐标为平均应力，纵坐标为应力幅；
2. 尺寸效应。
一般来讲尺寸越大，疲劳强度越低；
3. 载荷类型；
4. 缺口与不连续形状；
5. 表面处理及粗糙度。