细解Ansys疲劳寿命分析

results) ）仅包含对于恒定振幅分析的疲劳敏感性 (fatigue sensitivity) –这些结果的详细分析
将只做简短讨论
… Fatigue Tool 载–荷类型 ?当 Fatigue Tool 在求解子菜单下插入以后，就可以在细节栏中输入疲劳说明 –载荷类型可以在 “ Zero-Based”、 “ Fully Reversed 和”给定的 “ Ratio之”间定义 –也可以输入一个比例因子，来按比例缩放所有的应力结果
S－N 曲

?材料特性信息可以保存 XML 文件或从 XML 文件提取
–保存材料数据文件，在 material 条上按右键，然后用 “ Export …保”存成 XML 外部文件
–疲劳材料特性将自动写到 XML 文件中，就像其他材料数据一样。
?一些例举的材料特性在如下安装路径下可以找到
:
C:\Program Files\AnsysInc\v80\AISOL\CommonFiles\Language\en-
?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 )
?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
…总结
?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
方向的移动
?像这些类型的载荷最好不要用于恒定振幅和比例载荷的疲劳计算
…（设定 )需要的结果
?对于应力分析的任何类型结果，都可能需要用到：
–应力、应变和变形 –接触结果 (如果版本
支持 )–应力工具 （Stress Tool ）?另外，进行疲劳计算时， 需要插入疲劳工具条 （ Fatigue Tool ）
.
?以下情况可以用疲劳模块来处理 :
–恒定振幅 ,比例载荷 (参考 B 节 )
–变化振幅 ,比例载荷 (参考 C 节 )
–恒定振幅 ,非比例载荷 (参考 D 节) ?需要输入的数据是材料的 S-N 曲线 : –S-N 曲线是疲劳实验中获得 ,而且可能本质上是单轴的 多轴应力状态
,但在实际的分析中，部件可能处于
选项中输入的
?如果 S-N 曲线材料数据可用于不同的平均应力或应力比下的情况
, 那么多重 S-N 曲线也可
以输入到程序中
?添加和修改疲劳材料特性 :
”）
?在材料特性的工作列表中 , 可以定义下列类型和输入的 S-N 曲线 –插入的图表可以是线性的 （“Linear）”、半对数的（ “Sem-iLog”即 linear for stress, log for cycles ）或双对数曲线 （“Log-Log”）
?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 .
–S-N 曲线的绘制取决于许多因素 , 包括平均应力 . 在不同平均应力值作用下的 应力值可以直接输入 , 或可以执行通过平均应力修正理论实现 .
S-N 曲线的
B. 疲劳程序 (基本情况 ) ?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
… Fatigue Tool 平–均应力影响 –在前面曾提及，平均应力会影响 S-N 曲线的结果 . 而 “ Analysis Type 说”明了程序对平均应 力的处理方法 :? “S-NNone”：忽略平均应力的影响 ?“SN-Mean Stress Curves ”：使用多重 S-N 曲线（如果定义的话） ?“SN-Goodman”, “ SN-Soderberg, ”和 “SN-Gerber”：可以使用平均应 力修正理论
?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
…材料特性
?由于有线性静力分析 ,所以需要用到杨氏模量和泊松比
–如果有惯性载荷 ,则需要输入质量密度
–如果有热载荷 ,则需要输入热膨胀系数和热传导率
–如果使用应力工具结果 (Stress Tool result), 那么就需要输入应力极限数据 ,而且这个数据也
…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
?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
?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 )
…疲劳程序
?下面用黄色斜体字体所描述的步骤，对于包含疲劳工具的应力分析是很特殊的
:
–模型
–指定材料特性 ,包括 S-N 曲线
–定义接触区域 (若采用的话 )
–定义网格控制 (可选的 )
–包括载荷和支撑
–(设定 )需要的结果 ,包括 Fatigue tool
–求解模型
–查看结果
…几何
?疲劳计算只支持体和面
寿命
…载荷与支撑 ?能产生成比例载荷的任何载荷和支撑都可能使用，但有些类型的载荷和支撑不造成比例载 荷:
–螺栓载荷对压缩圆柱表面侧施加均布力，相反，圆柱的相反一侧的载荷将改变 –预紧螺栓载荷首先施加预紧载荷，然后是外载荷，所以这种载荷是分为两个载荷步作用的 过程
–压缩支撑（ Compression Only Support ）仅阻止压缩法线正方向的移动，但也不会限制反
…应力定义 ?考虑在最大最小应力值 σ min和 σ max 作用下的比例载荷、恒定振幅的情况 : –应力范围 Δσ定义为 ( σ max- σ min) –平均应力 σｍ定义为 ( σ max+σ min)/2 –应力幅或交变应力 σａ是 Δσ /2 –应力比 R 是 σ min/ σ max –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 σ m= 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 m= σ max/2 , R = 0 的情况 .
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
是用于平均应力修正理论疲劳分析 .
?疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下的材料特性当中
S-N 曲线数据
–数据类型在 “疲劳特性 ” ( “ Fatigue Properties下会”说）明
–S-N 曲线数据是在材料特性分支条下的 “交变应力与循环 ” ( “ Alternating Stress vs. Cycles
–在 Solution 子菜单下， 从相关的工具条上添加 “ Tools > Fatigue Tool ” ?Fatigue T的oo明l 细 窗中将控制疲劳计算的求解选项 –疲劳工具条（ Fatigue Tool ）将出现在相应的位置中 ,并且
也可添加相应的疲劳云图或结果曲线 ?这些是在分析中会被用到的疲劳结果，如寿命和破坏
.
?对疲劳工具的添加，无论在求解之前还是之后，都没有关系 分析计算 .
, 因为疲劳计算不并依赖应力
?尽管疲劳与循环或重复载荷有关 , 但使用的结果却基于线性静力分析 ,而不是谐分析 . 尽管 在模型中也可能存在非线性 ,处理时就要谨慎了 ,因为疲劳分析是假设线性行为的 .