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。
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。
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第一章简介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σ和σ作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σ-σ)平均应力σ定义为(σ+σ)/2应力幅或交变应力σa是Δσ/2应力比R是σ/σ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σ=σ/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。
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章发表时间：2009-2-21 作者: 安世亚太来源: e-works关键字: CAE ansys Workbench疲劳分析第三章不稳定振幅的疲劳在前面一章中,考察了恒定振幅和比例载荷的情况,并涉及到最大和最小振幅在保持恒定的情况下的循环或重复载荷。
在本章将针对不定振幅、比例载荷情况,尽管载荷仍是成比例的,但应力幅和平均应力却是随时间变化的。
3.1 不规律载荷的历程和循环(History and Cycles)对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理：计算不规律载荷历程的循环所使用的是“雨流”rainflow循环计算，“雨流”循环计算(Rainflowcycle counting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术(如右面例子)，先计算不同的“平均”应力和应力幅(“range”)的循环，然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算。
损伤累加是通过Palmgren-Miner 法则完成的，Palmgren-Miner法则的基本思想是：在一个给定的平均应力和应力幅下，每次循环用到有效寿命占总和的百分之几。
对于在一个给定应力幅下的循环次数Ni，随着循环次数达到失效次数Nfi时，寿命用尽，达到失效。
“雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况。
因此，任何任意载荷历程都可以切分成一个不同的平均值和范围值的循环阵列(“多个竖条”)，右图是“雨流”阵列，指出了在每个平均值和范围值下所计算的循环次数，较高值表示这些循环的将出现在载荷历程中。
在一个疲劳分析完成以后，每个“竖条”(即“循环”)造成的损伤量将被绘出，对于“雨流”阵列中的每个“竖条”(bin)，显示的是对应的所用掉的寿命量的百分比。
在这个例子中，即使大多数循环发生在低范围/平均值，但高范围(range)循环仍会造成主要的损伤。
依据Per Miner法则，如果损伤累加到1(100%)，那么将发生失效。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
AHSYS
作业A12
疲劳
作业M2-目标
Sha^cFMer AN、、、• H ■:
d■気ro tanavM・律》枫fi人・・.aewwwRt *4) 口•■fMTEMir »|・
•£ FulN *屮・少
4W0WW-
sASNV mmuMJiAua t
胡尺・乙2彳卜
曲…sASNV
iMlOUViin.imWV ・
毘m却…
^pwu**vs
sASNV I吹OIU¥Q5T2H 冷.・■ »
sASNV
■»*>« I«in»ws. Mfbrn W■哥MHV■・
J» D «d tiw^im-iuun i
•(• W ^VUI> WMM||^fK»diJW ・
砂-"仇#
Shape
…沁Ad过程
9. «命*朋广■rvmawwn,
10. 止心疫”臭金K*一
1化怪人一牛■址!l雯鼻
mRi . tpw«1 -
• J.DMMBOt CvMrieal Support *11!
12. rtW RadW Eed .・U・・rwl
rangemiBlz Fr<«'ANSYS
••e
Sh^fx hnfef 作求解杖IF ANSY、
w・
、. Rxh4iT 皂
1Z RMB * tn*cn > Stress » Equivalent (wn M M
IB RMB > biMd > OUcHiMtion > Totol.
IL
•・Sha^FMer
…•作业A12-过粹
入r»«m.
Sha^FMer
作业M2-求解设需
• MAWIguoioei (•.
倉出•oluMon 苣
ANSYS
・.2
AIMSYS
ZMCT
ANSY<
A i2—求样设栄
•从 Dewhof gRgr ■“：
21.尼乂M ■良也 山3*54『巧尹》318)
便""o ■停■补尤一*样♦««
Sha^FMer
作业M2-求解设胃
•・ Fell0wTo (iaMI ； 0■八・3吋 Fictor (*±se>:
RMS ・ kiMcl > Fatigue • 3My Ftclof
• azamof “MtryF■:tor ■口： »-仗・缸论呼佢皿9“ UK .卯 * 环次■
34 4 IV OR Mhoe W7)U«R1 ■为M 仇 ft I itW. Shape FMcr
作WA12-求駢设国
ANSYS
••r>
・ iQWZYgeWf 集); 27.}tA*Fm*gue Sensitivity ^«* Sh^pcFMr AN 、Y ，
作业A12 -求解设SF
• AFMI9M TocMMl<«): » «A
mtSe^ttpo-
mtB • kwel • FMgue ■ Baiwiv NGtoon
・ MDeiwtoofl FmweSmsitivny Su ；
28WR-亍钛两賢4<»嗖冲 S(—訪 tttSW ffiizg 九力祥
殳化吩 伽加的文号内力.
Sha^cFMef AIMS YY
作业也-缺
• Atf)HatnVft£力輪旻w*hf«iww・
湍—EY' • ■力卄■山旬fi«itueAi«erj・H次啟micf S^pcFMer AN、YS 作业M2—箪杲
• Art)M«inJtJ t • f 4kAtt« 9$t«« WWW 个A.K«Aa«V Rm Y V2«xrMm«O0tttiif FM QM SeoMW1
• ftLiixa A«« «ita«n «；*•的・・■|1>M»N ・tHk・竹结限
•A，»»0 MJiaWKtr^» ■•MityinactMo廿・4 •曲蚯fllQWftl ・力轶*精近巾■的(U) ■凶为H IWV-fl • f・an«9, -to btnMy, f*巨力#WU ・”LWfc>!妙为何■杯 d
Sh^fxFinkf 判如2-处ANSY、Sht^FMer 作业
M2-箪杲
ANSY1
—
Shape Fln^f
徉WA12-求解设匮ANSYS Sharpe
FMer
• nxn •个孙gtiwti■■细住dt«ft*(nSttf«MV.hH ・■亍朴“栄屮L2Q0 号
■lr“SOOM・|・ «WH«：
30 Hl0hli0hrt I9W solution U BAC D
AN、Y\
ANSY 、
ge FMtf
ANS Y 、
作心22-戒倩设實 •出 MMe 0t TgT Su （•<） 35. /上OoodiMf 堆U 沖・锂力・・.
M.
Von BRia^ltW （铁用*pn ・lie G>0dEW **®K 的HR 的$列虫力昭氏小H ）. 37 «tbU alwMa “ KRalMlow «««»> Oom»Qe mMnccs 是 32K 3?|. Sh^ptFMer
作业A2-求解设拧
•・ FMl0MtiTocU0MI«； 3a ・八•金•■”'•：
f. P h«vi p F«0flvt f MH
Shape Mcr
f 打M12 ■求解设国
AN 、Y 、
•均 Filigue Tool （M ）: ・18n fatigue 8en84iYity ；
AMB > Insert > 层A H QIM > ・・Ugs •从 D<H*I» o4 *FabQue SeositivHy* tt ：l ： 42.程文
■變化・咬为50M 〔交仇 ««为NK>“ 0?耳虫力为 WOOH ）.
W.・ A
Factor':
RNB • IwY • FsnQiit • MHy FaGKr
• U Deum of SafHY Factor f IJ ：
SMpe^Antfer
作业A2-求解设拧
•创 Fallgut Tool
:
• mm • Fsoove ・•・・・iy M GXMMI
44.・八■■如・ fUlMlow Matfix* :
/ tan » fottQiM / AeMrw Mitru
ANSYS
—
ANSYS
AN 、、
你如2-桝 • ■帕Ml 山
加 OOO&I 掰的3i*FeW ・
ShapeMtf
作血M2-求解设海
ANSY 、
y
Sh^ptFMer 作业
入、2-帘果
• A) Fnigue Tort # Ml« • (Mt) -
-Ownafle Matrix-：
RMB> toMd>FMKM > Oerao* Matrix
•
flre«e
・ AA.tfOttl*#** -LMe^
・点帕&QtW。