Ansys nCode疲劳分析
ansys疲劳分析解析
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。
ansys疲劳分析基本方法
ansys疲劳分析基本方法
疲劳就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”的某个部件就是如何形成的。
3、1、1 ANSYS程序处理疲劳问题的过程
ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉与压力容器规范(ASME Boiler and
Pressure Vessel Code)第三节(与第八节第二部分)作为计算的依据,采用简化了的弹塑性假设与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与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。这些节点就是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。
事件(Event):就是在特定的应力循环过程中,在不同时刻的一系列ansys疲劳分析基本方法
角焊缝(壳体)疲劳在ANSYS nCode DesigenLife的创建与计算原则浅述
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）
ANSYS nCode DesigenLife焊缝疲劳分析最初用于汽车行业薄板结构(1-3 mm) 的焊接分析
模拟，采用薄壳搭建有限元模型，相关工业应用也都针对于此类结构进行。ANSYS nCode
DesigenLife焊缝疲劳分析采用结构应力法进行计算，具有好的网格不敏感性，目前该方法
也适用于以实体建模的焊缝疲劳分析。
限于篇幅本文仅针对角焊缝（壳体）焊缝单元创建和计算的准则基于ANSYS nCode Theory
手册进行编写，关于搭接焊缝、激光焊等请参考相关文献资料。
两名笔者水平极为有限，错误必然较多，另原稿成稿较早且截取原稿部分并非完整，某种程
度未能紧跟相关技术发展，因此严禁直接应用于企业项目的产品分析以免造成重大事故和伤
害。另外本文建立的焊缝有限元模型不能作为评估焊缝极限强度的方法进行使用。
一、壳体焊缝有限元建模通用原则
不同类型的焊缝形式具有不同的分析方式，需要根据焊缝种类进行分组，每一个有限元输入
分组应对应疲劳引擎中对应的有限元焊缝类型，并设置一个合理的参数数值。
对于以薄壳单元建立焊缝有限元建模具有一定的通用准则：
① 网格应以4节点四边形单元为主，表达金属薄板的中面。
② 以单排或双排壳单元进行焊缝建模表达。
③ 焊缝网格规整，尺寸以5mm为最好，规避三角形网格出现。
④ 疲劳分析焊缝单元需设置特殊焊接属性。
⑤ 焊缝单元法向保证设置法向朝外。
⑥ 毗邻焊缝的单元的非平均化节点应力被提取作为焊趾和焊根疲劳计算评估使用，该应力
也可以是平均化的或在单元边长的中点处进行计算，通过在“ANSYS Group Properties”中设
置“WeldLocation = MidElementEdge”进行考虑。
⑦ 当考虑焊喉进行计算，采用焊缝单元中心位置应力进行，焊喉部分疲劳寿命计算，基于
焊缝单元“两条焊线”计算，后平均到中心位置。节点力方法需要采用线性单元。
ncode预应力疲劳计算
ncode预应力疲劳计算
ncode是一种用于计算和评估金属材料的疲劳寿命的软件，可以用于预应力疲劳计算。
预应力疲劳计算是指在预应力作用下，材料或结构在循环载荷作用下产生的疲劳破坏问题的计算和评估。这种计算可以用来预测预应力结构在使用过程中的寿命，并进行结构设计和优化。
使用ncode进行预应力疲劳计算的一般步骤包括：
1. 定义材料特性：输入材料的应力–应变曲线、弹性模量、泊松比等材料特性参数。
2. 建立加载循环：定义预应力水平和循环次数，建立适当的加载循环。
3. 进行弹性应力分析：根据加载循环，进行应力分析，计算结构或材料在每个循环中的应力分布。
4. 进行疲劳寿命计算：根据应力分析结果，利用ncode中的疲劳寿命模型，计算材料或结构的疲劳寿命。
5. 进行疲劳寿命评估：根据计算得到的疲劳寿命，评估结构或材料的使用寿命。可以进行故障分析，确定是否需要进行结构修复或替换。
总的来说，使用ncode进行预应力疲劳计算可以帮助工程师预测和评估预应力结构的使用寿命，指导结构设计和优化，减少疲劳破坏的风险。
ANSYS疲劳分析
ANSYS疲劳分析
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。
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)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：
(1) 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)；
(2) 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；
(3) 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。
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。
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. 疲劳计算
Ansys疲劳分析
Ansys疲劳分析
1 疲劳的定义
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。
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)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。
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。 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。
Ansys疲劳分析 2
Ansys疲劳分析
影响疲劳的主要因素包括：
载荷循环的次数
每一个载荷循环中应力值的范围
每一个载荷循环周期中平均应力值
是否存在局部应力集中（local stress concentrations）
ANSYS疲劳分析计算基于ASME Boiler和pressure vessel code（压力容器程序），第三节，来指导范围计算，简化弹塑性适用条件，并根据Miner’s准则累积计算实效总和。
ANSYS可进行下列疲劳计算：
可以通过后处理已有的应力结果，来确定实体单元或壳单元的疲劳因子（也可以手动输入应力值来计算线单元模型的疲劳）
对于某工况可以存储其应力和载荷。
对于每一个位置可以定义其应力集中系数和每一个工况的缩放因子
其中，位置是指模型中的一个节点，将存储此处的疲劳应力。位置一般选在易发生疲劳破坏的点处。工况是指在一个特定应力循环周期内，不同时间出现的一系列应力条件。载荷是指一种应力条件，是工况的一部分。交变应力集度（alternating stress intensity）用来度量两个不同载荷之间应力状态的差别。
进行疲劳分析通常由5个步骤：
1. 调用ANSYS数据，进入后处理模块
2. 确定大小（位置的数量，工况和载荷），定义疲劳材料属性，确定应力位置，并定义应力集中系数。
3. 存储各种工况和载荷条件下的关注点的应力值；赋予工况重复和缩放因子。
4. 激活疲劳计算。
5. 查看结果。
14.3.1调用ansys数据，进入后处理模块
具体的过程为：
1. 进入后处理模块，
Command(s): /POST1
GUI: Main Menu> General Postproc
2. 调用ansys数据，
Command(s): RESUME
GUI: Utility Menu> File> Resume from
14.3.2确定大小，疲劳材料属性和位置
ansys疲劳分析报告
实用
文档
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：咼周疲劳是当 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：
b 1/ b 2=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b min和b max作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：
应力范围Ab定义为(b max- b min)
平均应力b m定义为(b max+ b min)/2
应力幅或交变应力b a是Ab /2
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b
当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是b m=b max/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:
振动疲劳—ansys
振动疲劳—ansys
随机振动疲劳分析
随机振动疲劳分析流程图
随机振动疲劳分析将第一步频率响应分析得到的结果文件作为输入，并在疲劳软件中输入振动过程中的PSD曲线，经计算得到零件的振动疲劳寿命。
故随机振动疲劳分析可分为如下步骤：
1.频率响应分析结果输入
2.功率谱密度PSD输入
3.材料疲劳特性设置
4.各工况与PSD关联设置
5.振动疲劳求解器参数设置
6.输出设置
7.分析结果处理
频率响应分析
结果输入
功率谱密度PSD输入
振动疲劳求解器
Ncode云图显示
输出设置
Ncode随机振动疲劳分析流程图
1.频率响应分析结果输入
频率响应分析应与PSD 的单位相对应，比如PSD 单位为g^2/Hz ，则进行频率响应分析时可输入1g 的加速度激励来分析。（如采取单位制ton-mm-s-N ，此时1g 的加速度激励为9800mm/s^2，应在分析中输入9800大小的加速度激励）
1.1单位问题
1.2频率响应分析结果输出设置
为了避免输出结果过大，可以在输出中设置需要进行疲劳分析的部件，以set 形式输出，同时可设置输出频次Frequency=n ，只输出频响分析应力结果即可。*OUTPUT, FIELD, Frequency=5
*ELEMENT OUTPUT, ELSET = ele_set
S, 以Abaqus 进行频响分析为例，输出设置如下：
每5步输出一次只输出单元集合名为ele_set 的应力结果
2.功率谱密度PSD输入
PSD可以用以下2种方式输入：
1.通过MultiColumnInput读入定义好的CSV
文件输入2.通过VibrationGenerator生成PSD 曲线CSV文件格式如下：
（可在帮助文档中找一个PSD的CSV
文件作为模板）
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。