ansys-workbench疲劳分析流程
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;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;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;一般有五个主要步骤：1、进入后处理 POST1,恢复数据库；2、建立位置、事件和载荷的数目,定义材料疲劳性质,确定应力位置和定义应力集中系数；3、存储不同事件和不同载荷下关心位置的应力,并指定事件的重复次数和比例系数；4、激活疲劳计算；5、查看结果;进入POST1和恢复数据库依照下列步骤进行疲劳计算：1、进入POST1命令：POST1GUI：Main Menu>General Postproc2、把数据库文件读入到在内存中如果所要做的疲劳计算是正在进行的 ANSYS 计算过程的继续,则文件已在内存中;结果文件必须已经存在并将其读入内存; 命令：RESUMEGUI：Utility Menu>File>Resume from建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置定义下列数据：位置、事件和载荷的最大数目；材料的疲劳性质；应力位置与应力集中系数SCFs;1、定义位置、事件和载荷的最大数目缺省情况下,疲劳计算最多包括5个节点位置,10个事件,每个事件中3个载荷;如果需要,可以通过下面的命令来设置较大的规模即较多的位置、事件和载荷; 命令：FTSIZEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Size Settings2、定义材料的疲劳性质为了计算各种耗用系数,以及为了包含简化弹塑性效应,必须定义材料的疲劳性质;在疲劳计算中,感兴趣的材料性质有：S-N 曲线：应力幅Smax -Smin/2-疲劳循环次数的关系曲线;ASME S-N 曲线考虑了最大平均应力的影响;如果需要,应把输入的 S-N 曲线进行调节以便考虑平均应力强度效应;如果不输入S-N曲线,那么对于各种可能的应力状态的组合,应力幅将降序排列,但不计算耗用系数;命令：FPGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>S-N TableSm-T曲线：设计应力强度值-温度曲线;如要考虑检查应力范围是否进入塑性,就必须定义该曲线;命令：FPGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Sm_T Table弹塑性材料参数 M 和 N应变强化指数;只在需要使用简化的弹塑性准则时,才输入 M、N;这些参数可以从 ASME 规范中获得;命令：FPGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Elas-plas Par下述例子说明了用于输入疲劳材料性质的FP命令的使用方法：Define the S-N table:FP,1,10,30,100,300,1000,10000 Allowable Cycles, NFP,7,100000,1000000 "FP,21,650,390,240,161,109,59 Alternating Stress-FP,27,37,26 Intensity Range, S, ksiDefine the Sm-T table:FP,41,100,200,300,400,500,600 Temperature, deg FFP,47,650,700,750,800 "FP,51,20,20,20,,, "Design Stress-IntensityFP,57,,, Value", Sm =2/3Sy or1/3 Su, ksiDefine the elastic-plastic material parameters:FP,61,,.3 M and N3、定义应力位置和应力集中系数下面的选项允许用户显式地定义疲劳计算中关心的节点位置、该位置的应力集中系数,以及在该位置的一个短的标题可用20个字母;命令：FLGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Stress Locations注意--不是所有的疲劳分析都需要使用FL命令;如果使用FS、FSNODE或FSSECT等命令见下,则疲劳节点位置是自动定义的;假使在建模时包含有足够细的网格,则所计算的应力是准确的,因此不必指定应力集中系数 SCFs 但是如果考虑表面影响、尺寸影响和腐蚀影响,则仍然需要指定 SCFs ;在计算疲劳时如果只需要考察一个位置,则可以省略标题;假使定位明确,或是不需要应力集中系数和标题,则可完全不使用FL命令;这里给出了在一个圆柱筒分析中应用FL命令的例子;整体坐标 Y 轴为旋转轴;在不同璧厚交界处的外壁给出了应力集中系数 SCFs 针对轴向线性化应力; FL,1,281,,,,Line 1 at insideFL,2,285,,,,Line 1 at outsideFL,3,311,,,,Line 2 at insideFL,4,315,,,,Line 2 at outside图3-1 圆柱筒应力集中系数 SCFs储存应力、指定事件循环次数和比例因子储存应力为了进行疲劳计算,程序必须知道每一个位置上不同事件和载荷时的应力,以及每一个事件的循环次数;可采用下列选项来存储每一个位置、事件和载荷组合情况下的应力：人工储存应力；从文件中取得节点应力；横截面应力;警告：程序从不假定存在0应力条件;如果一定要考虑零应力条件,就必须在每一个事件中明确地输入何处产生零应力;下面的命令序列,说明如何存储应力;在某些情况下,用户也可以用LCASE命令代替SET命令;人工储存应力： FS从中取出节点应力： SET,FSNODE横截面应力： PATH,PPATH,SET,FSSECT横截面计算也需从的数据中取得可以用不同的方法在一个事件中储存应力;下面说明各种不同的方法;.1 人工储存应力可以人工存储应力和温度不是直接从的结果文件取得;在这种情况下,实际并没有将 POST1 的疲劳模块作为后处理器,而是仅仅作为疲劳计算器使用;线单元如梁单元的应力必须人工输入,因为疲劳模块不能如体元或壳元那样从结果文件中读取数据;命令：FSGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses-Specified Val下面的例子说明用上述命令输入的方式：FS,201,1,2,1,,,,,,FS,201,1,2,7,在这个例子中,只输入了全应力1～6项和温度;如果还要输入线性化应力,它们将紧随在温度后面,即8～13项;注意--对只有轴向应力的梁单元,只需输入一个应力分量SX,其余各项空白;.2 从结果文件中提取应力该方法把包含有6个分量的节点应力向量直接储存在结果的数据库内;随后可以用FS命令修正存入的应力分量;注意--在执行FSNODE命令之前,必须使用SET命令,可能还有SHELL命令;SET命令从数据库的文件中读取某一特殊载荷子步下的结果,SHELL命令可选择从壳单元的顶面、中面或底面读取结果缺省是从顶面读取结果;命令：FSNODEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses-From rst File下面给出用FSNODE命令在一个事件的一个节点位置输入应力结果的例子： SET,1 Define data set for load step 1FSNODE,123,1,1 Stress vector at node 123 assigned to event 1,loading 1.SET,2 Define data set for load step 2FSNODE,123,1,2 ...event 1, loading 2SET,3 ...load step 3FSNODE,123,1,3 ...event 1, loading 3图3-2 一个事件中的三个荷载.3 横截面应力本选项计算和存储截面路径它是由以前的PATH和PPATH命令定义的端点的线性化应力;因为通常线性化应力计算是在能代表两个表面的最短距离的线段上进行的,因此,只需在两个表面上各取一个点来描述PPATH命令中的路径;这一步骤将从计算结果的数据库中获得应力；因此必须在SET命令之前使用FSSECT 命令;用FSSECT命令储存的应力分量可用FS 命令修正;命令：FSSECTGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue> -Store Stresses -At Cross Sect使用FSSECT命令的方法可用下述例子说明;如果节点位置没有在FL命令中指定,则在该例子中命令FSSECT将自动给两个路径节点 391 和 395 设定位置编号;见图3-3;图3-3 在执行 FSSECT 命令之前由 PPATH 命令识别的表面节点列表、显示或删除储存的应力用下列选项对储存的应力进行列表、绘图或删除;1、列出每一个位置、每一个事件、每一种载荷或每一种应力状态下的储存应力：命令：FSLISTGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses- List Stresses2、对某一位置和事件,以载荷号的函数来显示应力项：命令：FSPLOTGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses- Plot Stresses3、删除储存在某一位置、事件和载荷下的应力状态：命令：FSDELEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses- Dele Stresses4、删除某一位置上的所有应力：命令：FLGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Stress Locations 5、删除在某一事件中各种载荷下的所有应力：命令：FEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Erase Event Data设定事件重复次数和比例系数本选项确定事件重复次数对该事件的所有荷载和所有位置;也可对该事件中构成载荷的所有应力施加比例系数;命令：FEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Assign Events下面给出该步骤的一个例子：FE,1,-1 Erase all parameters and fatigue stresses formerlyused for event 1.FE,2,100, Assign 100 occurrences to events 2, 3 and 4,REPEAT,3,1 and scale by .FE,5,500 Assign 500 occurrences to event 5.获得准确的耗用系数结构常常承受各种最大和最小应力,它们发生的顺序是未知的甚至是随机的;因此就必须小心地考虑如何在各种可能的应力范围内,得到正确的重复循环次数,以获得有效的疲劳寿命耗用系数;ANSYS 程序自动计算所有可能的应力范围,同时采用我们通常所知道的“雨流”法记数,跟踪这些应力发生的次数;在选定的节点位置,对所有事件进行搜索,以寻找产生最大应力幅的载荷对应力矢量;记录这些应力幅的重复次数,同时包含这些载荷的事件的剩余重复次数随之减少;最终至少有一个事件在某一位置被“用光”,而属于这一事件的其它应力状态,在随后的过程中将被忽略;这一过程一直进行着,直到所有的应力幅及重复次数都被计及后结束;警告通常容易误用疲劳模块的记数功能;如果需要使疲劳计算得到正确的耗用系数,就必须小心地设计好事件;设计事件时遵循下列规则：1、了解 ANSYS 的内部逻辑记数算法,参见ANSYS Theory Reference§,详细地讲述 ANSYS 程序如何记数;2、由于在三维应力状态,很难预测哪一个载荷步具有极值应力,因此可以对每一个事件采用多个载荷群,以便成功获得极值应力见图3-2;3、如果在某一给定的事件中,只包含一个极值应力,则将获得一个较保守的结果;如果在一个事件中,引入不止一个极值应力,则有时将产生不保守的结果;如下例所示：考察一个加载历程,由两个稍有不同的循环构成：载荷循环1：做 500次循环,Sx = + ～ ksi;载荷循环2：做1000次循环,Sx = + ～ ksi;显然这是应力幅为 50 Ksi的 1500 次循环;然而,如果不小心把这些载荷划分成两个事件,则将导致不正确的记数结果;请看该结果如何：事件1 载荷1： Sx = 500次循环载荷2： Sx =事件2 载荷1： Sx = 1000次循环载荷2： Sx =可能的应力幅是：a、从 E1,L1 到 E1,L2: ksib、从 E1,L1 到 E2,L1: ksic、从 E1,L1 到 E2,L2: ksid、从 E1,L2 到 E2,L1: ksie、从 E1,L2 到 E2,L2: ksif、从 E2,L1 到 E2,L2: ksi把这些应力幅从大到小排列：d、从 E1,L2 到 E2,L1: ksia、从 E1,L1 到 E1,L2: ksif、从 E2,L1 到 E2,L2: ksic、从 E1,L1 到 E2,L2: ksib、从 E1,L1 到 E2,L1: ksie、从 E1,L2 到 E2,L2: ksi则记数将如此：d、从 E1,L2 到 E2,L1 500 次循环 - E1 和 E2 用去500 次循环a、从 E1,L1 到 E1,L2 0 次循环 - E1 已用光f、从 E2,L1 到 E2,L2 500 次循环 - E2 又用去 500 次循环c、从 E1,L1 到 E2,L2 0 次循环 - 两个事件都用光b、从 E1,L1 到 E2,L1 0 次循环 - 两个事件都用光e、从 E1,L2 到 E2,L2 0 次循环 - 两个事件都用光上面记录了 50 ksi 应力幅的 1000 次循环,而不是已知的 1500 次循环;这个错误的结果是由于不恰当的事件组合导致的;假使载荷被描述为各自分离的事件如E1,L1 => E1; E1,L2 => E2; E2,L1 => E3; E2,L2 => E4,则将得到下列的记数范围：d、从E2 到E3 的500次循环,用去 500次循环a、从 E1 到 E2 的 0 次循环,因为E2“用光”了f、从 E3 到 E4 的 500 次循环,E3 又用去500次循环,E4 用去500次循环c、从 E1 到 E4 的 500 次循环,E4 又用去500次循环d、从 E1 到 E3 的 0 次循环,因为E3 “用光”了e、从 E2 到 E4 的 0 次循环,因为 E2 和 E4 都“用光”了;上述情况恰当地记录了累积疲劳损伤被,即 50 ksi 应力幅的 1500 次循环;4、相反,对每一个最大和最小应力条件应用分离的事件,则将使记录变得太保守;在这种情况下,应小心地选择应被一起记数的载荷,将它们划分为同一事件;下面的示例说明一些事件如何才能够包括多个极值应力条件;考虑由两个载荷循环组成的载荷历程：载荷循环1：从 Sx = + 到 + ksi,做 500 次循环载荷循环2：从 Sx = + 到 + ksi,做 1000 次循环显然这些循环的最不利组合为以大约 25 ksi 的应力幅做 500 次循环;在本例中,如果将载荷划分为两个事件,则产生了 25 ksi 范围内进行 500 次循环的正确记录;如每一个载荷作为一个独立的事件,将产生一种过于保守的记录,形成 25 ksi 应力幅的 1000 次循环;激活疲劳计算现在有了位置、应力、事件及所有指定的材料参数,可在指定位置执行疲劳计算;位置的确定可用节点本身,也可用位置编号;命令：FTCALCGUI：Main Menu>General postproc>Fatigue>Calculate Fatig查看计算结果疲劳计算结果被输出在输出窗口;如果你将输出转向/OUTPUT到文件中如,就可打开该文件查看结果;命令：LISTGUI：Utility Menu>List>Files>Other>如果用户已输入 S-N 曲线,则所有部位的应力幅从大到小排列与相应的事件/载荷、使用循环次数、允许循环次数、温度和阶段耗用系数一起以表格形式输出;随后输出累积寿命耗用系数;正如前面提到的,FTCALC输出时,将对任一给定的应力幅显示相应的事件和载荷,这些信息能帮助分离出那些引起最大的疲劳损伤的事件与载荷;修正事件的一个方便的方法是把所有的疲劳数据写入文件中它可以在执行FTCALC命令前或后做;写入文件的数据是疲劳模块的命令流;可通过编辑文件文本文件来修改事件,然后用/INPUT命令重新读入被修改的疲劳命令;命令：FTWRITEGUI：Main Menu>General postproc>Fatigue>Write Fatig Data.其它记数方法前面曾介绍过“雨流”记数法;在时间-载荷历程未知的情况下,这一技术才有用处;如果时间-载荷历程已知,对每一个接连的事件分别做疲劳分析FTCALC,然后人工相加这些耗用系数,则可避免得到不恰当的保守结果;疲劳分析示例命令流方法下面是一个疲劳计算输入命令流：Enter POST1 and Resume the Database:/POST1RESUME,...Number of Locations, Events, and LoadingsFTSIZE,...Material Fatigue Properties:FP,1,.... N valuesFP,21,... S valuesFP,41,... T valuesFP,51,... Sm valuesFP,61,... Elastic-plastic material parametersLocations, Stress Concentration Factors, and Location TitlesFL,...Store Stresses 3 Different MethodsStore Stresses Manually:FS,...Retrieve Stresses from the Results File: SET,...FSNODE,...Store Stresses at a Cross-Section:PPATH,...SET,...FSSECT,...Event Repetitions and Scale FactorsFE,...Activate the Fatigue CalculationsFTCALC,...Review the Results List the output fileFINISH其中的 FTSIZE,FP,FL,FS,FSNODE,PPATH,FSSECT,FE 和FTCALC 命令,请参考ANSYS Commands Reference;ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规范ASME Boiler and Pressure Vesse l 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M imer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; 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;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;一般有五个主要步骤： 1、进入后处理 POST1,恢复数据库； 2、建立位置、事件和载荷的数目,定义材料疲劳性质,确定应力位置和定义应力集中系数；3、存储不同事件和不同载荷下关心位置的应力,并指定事件的重复次数和比例系数；4、激活疲劳计算；5、查看结果; 进入POST1和恢复数据库依照下列步骤进行疲劳计算： 1、进入POST1 命令：POST1 GUI：Main Menu>General Postproc 2、把数据库文件读入到在内存中如果所要做的疲劳计算是正在进行的 ANSYS 计算过程的继续,则文件已在内存中;结果文件必须已经存在并将其读入内存; 命令：RESUME GUI：Utility Menu>File>Resume from 建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置定义下列数据：位置、事件和载荷的最大数目；材料的疲劳性质；应力位置与应力集中系数SCFs; 1、定义位置、事件和载荷的最大数目缺省情况下,疲劳计算最多包括5个节点位置,10个事件,每个事件中3个载荷;如果需要,可以通过下面的命令来设置较大的规模即较多的位置、事件和载荷; 命令：FTSIZE GU I：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Size Settings 2、定义材料的疲劳性质为了计算各种耗用系数,以及为了包含简化弹塑性效应,必须定义材料的疲劳性质;在疲劳计算中,感兴趣的材料性质有： S-N 曲线：应力幅-疲劳循环次数的关系曲线;ASME S-N 曲线考虑了最大平均应力的影响;如果需要,应把输入的 S-N 曲线进行调节以便考虑平均应力强度效应;如果不输入S-N曲线,那么对于各种可能的应力状态的组合,应力幅将降序排列,但不计算耗用系数; 命令：FP GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>S-N Table Sm-T曲线：设计应力强度值-温度曲线;如要考虑检查应力范围是否进入塑性,就必须定义该曲线; 命令：FP GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Sm_T Ta ble 弹塑性材料参数 M 和 N应变强化指数;只在需要使用简化的弹塑性准则时,才输入 M、N;这些参数可以从 ASME 规范中获得; 命令：FP GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Elas-plas Par 下述例子说明了用于输入疲劳材料性质的FP命令的使用方法： Define the S-N table: FP,1,10,30,1 00,300,1000,10000 Allowable Cycles, N FP,7,100000,1000000 " FP,2 1,650,390,240,161,109,59 Alternating Stress- FP,27,37,26 Intensity Range, S, ksi Define the Sm-T table: FP,41,100,200,300,400,500,600 Temperature, deg F FP,47,650,700,750,800 " FP,51,20,20,20,,, " Design Stress-Intensity FP,57,,, Value", Sm =2/3Sy or 1/3 Su, ksi Define the elastic-plastic material parameters: FP,61,,.3 M and N 3、定义应力位置和应力集中系数下面的选项允许用户显式地定义疲劳计算中关心的节点位置、该位置的应力集中系数,以及在该位置的一个短的标题可用20个字母; 命令：FL GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Str ess Locations 注意--不是所有的疲劳分析都需要使用 FL 命令;如果使用 F S、FSNODE 或 FSSECT 等命令见下,则疲劳节点位置是自动定义的;假使在建模时包含有足够细的网格,则所计算的应力是准确的,因此不必指定应力集中系数 SC Fs 但是如果考虑表面影响、尺寸影响和腐蚀影响,则仍然需要指定 SCFs ;在计算疲劳时如果只需要考察一个位置,则可以省略标题;假使定位明确,或是不需要应力集中系数和标题,则可完全不使用 FL 命令; 这里给出了在一个圆柱筒分析中应用 FL 命令的例子;整体坐标 Y 轴为旋转轴;在不同璧厚交界处的外壁给出了应力集中系数 SCFs 针对轴向线性化应力;。
疲劳分析_ANSYS Workbench 16.0超级学习手册_[共2页]
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394 第10章 疲劳分析
件被读入到Available tests 栏中，然后单击“>”按钮，使载荷文件移动到右侧栏中，并单击下面的“加入到文件列表”（Add To File List ）按钮，如图10-17所示。
图10-17 加载载荷
10.2.11 疲劳分析
Step1 勾选图10-18所示的Displ 选项，此时几何图形会显示在图框中。
Step2 右键单击StrainLife _Analysis ，在弹出的图10-19所示的快捷菜单中选择Edit Load Mapping 命令。
图10-18 显示几何图形 图10-19 映射载荷 Step3 此时加载的时间载荷如图10-20所示。
Step4 单击工具栏中的按钮开始计算。
Step5 计算完成后如图10-21所示，此图中包含几何模型、载荷序列、结果云图、结果数据及它们之间的关系线。
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。
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。
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。
疲劳分析步骤
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。
1. WORKBENCH中建立有限元模型并进行分析。
（1）使用designmodeler创建几何模型。
（2）设置材料属性。
（3）划分网格。
（4）设置分析选项。
这里设置两个载荷步，其目的只是分开弯曲和扭转这两种工况。
（5）设置固定边界条件（6）施加集中力和集中力偶。
第一个载荷步施加集中力，而第二个载荷步施加集中力偶。
（7）分析。
（8）得到两种情况的米塞斯应力。
左边的云图取自第一个载荷步，它是弯曲产生的应力云图。
右边的云图来自第二个载荷步，它是扭转产生的应力云图。
计算完毕后，保存结果，退出ANSYS WORKBENCH.2. DESIGNLIFE中的疲劳分析。
（1）绘制疲劳分析流程图。
打开designlife，创建分析流程图如下。
该流程图中，左边时输入（左上是有限元结果输入，左下是载荷的时间历程曲线输入），中间是疲劳分析模块（这里是应变寿命疲劳分析），右边是输出（右上是有限元分析结果显示，右下是列表输出危险点的情况）。
（2）关联有限元分析结果文件把可以用的数据中的有限元分析结果拖入到有限元输入框，建立关联。
（3）关联载荷文件把可以用的数据中的载荷时间历程文件拖入到时间序列输入框，建立关联。
（4）进行材料映射（5）进行载荷映射把第一种载荷工况（弯曲工况）与第一个时间序列建立关联。
它表明了该集中力在按照此载荷时间历程发生改变。
(完整word版)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：点击XYPlane，再点击创建草图的按钮，表示在XY平面上创建草图，如下图所示：右键点击XYPlane，选择Look at，可将右边图形窗口的视角旋转到XYPlane平面上：创建了草图之后点击XYPlane下面的Sketch2（具体名字可按用户需要修改),再点击激活Sketching页面：在Sketching页面可以创建几何体，从基本的轮廓线开始创建起，我们现在右边的图形窗口中随便画一条横线：画出的横线长度是鼠标随便点出来的,并不是精确地等于用户想要的长度，甚至可能与想要的长度相差好多个数量级.这个时候我们打开Dimensions下拉框,点击General，再选中刚才画的线,拉出一个标定数据H1,在Details View窗口中可以设置H1的精确值，设置后，线段变成设定的长度，可适当缩放图形调整到合适的比例尺。
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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
如果有例外r值下的S-N曲线，大凡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为平衡应力，Su和n 例外的取值，构成例外的理论：
TheorySun
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Soderbergyield stress (sy)1
Goodmanultimate tensile stress (su)1
Gerberultimate tensile stress (su)2
Morrowtrue fracture stress (sf)1
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至此，已经可以查询标准的S-N曲线了，结合Miner准则，可以计算困乏寿命了。