细解Ansys疲劳寿命分析
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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
…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
.
…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.
.
…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:
–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
–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
–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
•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.
•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)
•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.
•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,但在实际的分析中，部件可能处于多轴应力状态
–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S-N曲线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.
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.
•对疲劳工具的添加，无论在求解之前还是之后，都没有关系, 因为疲劳计算不并依赖应力分析计算.
•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.
–在本节中,将涵盖关于恒定振幅、比例载荷的情况. 而变化振幅、比例载荷的情况和恒定振幅、非比例载荷的情况，将分别在以后的C 和D节中逐一讨论.
…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
•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”)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（“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles）或双对数曲线（“Log-Log”）–记得曾提到的，S-N曲线取决于平均应力。如果S-N曲线在不同的平均应力下都可适用的，那么也可以输入多重S-N曲线•每个S-N曲线可以在不同平均应力下直接输入•每个S-N曲线也可以在不同应力比下输入 .
•可以通过在“Mean Value”上点击鼠标右键添加新的平均值来输入多条S－N曲线.
•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-
us\EngineeringData\Materials
–“Aluminum”和“Structural Steel”的XML 文件，包含有范例疲劳数据可以作为参考 .
–疲劳数据随着材料和测试方法的不同而有所变化，所以很重要一点就是，用户要选用能代表自己部件疲劳性能的数据
…接触区域
•接触区域可以包括在疲劳分析中
–注意，对于在恒定振幅、成比例载荷情况下处理疲劳时，只能包含绑定（Bonded）和不分离（No-Separation）的线性接触
–尽管无摩擦、有摩擦和粗糙的非线性接触也能够包括在内，但可能不再满足成比例载荷的要求
•例如，改变载荷的方向或大小，如果发生分离，则可能导致主应力轴向发生改变.
•如果有非线性接触发生，那么用户必须小心使用，并且仔细判断
•对于非线性接触，若是在恒定振幅的情况下，则可以采用非比例载荷的方法代替计算疲劳寿命
…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）–在Solution子菜单下，从相关的工具条上添加“Tools > Fatigue Tool”•Fatigue Tool 的明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
…需要的结果
•在疲劳计算被详细地定义以后，疲劳结果可下在Fatigue Tool下指定–等值线结果（Contour）包括Lifes(寿命), Damage(损伤), Safety Factor（安全系数）,
BiaxialityIndication（双轴指示）, 以及Equivalent Alternating Stress（等效交变应力）–曲线图结果(graph 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
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
基于Ansys Workbench的钢丝绳应力和疲劳分析
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。
关键词：钢丝绳；Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ；多场耦合；应力疲劳理论
中图分类号：ＴＨ２３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—０７８５（２０１６）０２—００３４—０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｒｏｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｔｅｅｌ ｒｏｐｅ，ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｒｏｐｅ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ ｓａｆｅｔｙ ｒｏｐｅ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｆｉｅｌｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ
ｓｔｅｅｌ ｒｏｐｅ ｉｎ Ａｎｓｙｓ．Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｔｏ ｃ￣ｅｕｌＮｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｒｏｐｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ
ｆａｔｉｇｕｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ—ｌｉｆｅ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔｅｄ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｅｒｆｏｒｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｆａｔｉｇｕｅ
ANSYS-随机振动分析功能实现随机疲劳分析
利用 ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析
ANSYS 随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程
的各种统计参数（如：均值、均方根和平均频率等），根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳
寿命。本文介绍了 ANSYS随机振动分析功能，以及利用该功能，按照 Steinberg 提出的基于高斯分布和 Miner 线性累计损伤定律的三区间法进行 ANSYS随机疲劳计算的具体过程。
１．随机疲劳现象普遍存在
在工程应用中，汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件，大多是在随机载荷作用下工作， 当它们承受的应力水平较高，工作达到一定时间后， 经常会突然发生随机疲劳破坏，往往造成灾难性的后果。 因此，预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。
2．ANSYS随机振动分析功能介绍
ANSYS随机振动分析功能十分强大，主要表现在以下方面：
1. 具有位移、速度、加速度、力和压力等 PSD类型；
2. 能够考虑 a 阻尼、 阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比； 3. 能够定义基础和节点 PSD激励；
4. 能够考虑多个 PSD激励之间的相关程度：共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等；
5. 能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据： 1 位移解， 1 速度解 和 1 加速度解；
3．利用 ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理
在工程界，疲劳计算广泛采用名义应力法，即以 S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法， 可以直接得到总寿命。 下面围绕该方法举例说明 ANSYS随机疲劳分析的一般原理。
当应力历程是随机过程时，疲劳计算相对比较复杂。但已经有许多种分析方法，这里仅介绍一种比较简单的方法，即
Steinberg 提出的基于高斯分布和 Miner 线性累计损伤定律的三区间法（应力区间如图 1 所示）：
应力区间 发生的时间
68.3% 的 时 -1 ~+1 间
ANSYS关于疲劳计算的问题
现在用ANSYS做一个平台的管节点疲劳计算程序如下（前面的大部分略去）：
*dim,mk,array,1,5,,,,
*set,mk(1,1,1),2000000
*set,mk(1,2,1),1000000
*set,mk(1,3,1),800000
*set,mk(1,4,1),1480000
*set,mk(1,5,1),11380000
/PREP7
ET,1,BEAM188
ET,2,PIPE59
ET,3,PIPE16
ET,4,COMBIN14
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.1E11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,DENS,1,,7850
SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, b1, 0
SECOFFSET, CENT
SECDATA,2.03,2.075,0,0,0,0,0,0,0,0
SECTYPE, 2, BEAM, CTUBE, b2, 0
SECOFFSET, CENT
SECDATA,1.005,1.05,0,0,0,0,0,0,0,0
SECTYPE,3,TAPER, ,
SECDATA, 1,(8*3**0.5)/3,0,8.5,
SECDATA, 2,(8*3**0.5)/3,0,85,
R,1, , , , , , ,
R,2,2.572,0.1, , , , ,
R,3,2.5,0.028, , , , ,
R,4,1,0.02,0,0,0,0,
R,5,1.5,0.025,0,0,0,0,
R,6,2.0,0.025,0,0,0,0,
R,7,4.15,0.045,0,0,0,0,
k,1,(8*3**0.5)/3,0,8.5,
k,2,(8*3**0.5)/3,0,85,
基于ANSYS的含小圆孔有限宽度薄板的疲劳分析
《装备制造技术｝２０１ １年第１２期 基于ＡＮＳＹＳ的含小圆孔有限宽度薄板 的疲劳分析 赵友贵 （中国石油长城钻探工程公司钻井二公司，辽宁盘锦１２１２０７） 摘要：以工程上常见的带小孔的有限宽度薄板为模型，采用ＡＮＳＹＳ有限元软件对其进行了应力分析，采用局部应力应变 法对其进行了疲劳寿命分析计算，根据计算结果可知，对于所给定的薄板模型，重复工作１００次即达到了疲劳寿命。 关键词：应力集中；疲劳寿命；有限元分析 中图分类号：ＴＧ１１１．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１１）１２—０１２５—０２ 本文所分析的模型，为如图１所示的一承受双向 拉伸的有限宽度薄板［１１，其尺寸为２０ ｍｍ Ｘ ２０ ｍｍ，小 孔的半径为Ｒ ｌｍｍ，均布载荷ｑ＝１ ０００ Ｐａ，薄板厚度 为０．１ ｒａｉｎ。材料的特性曲线如图２所示。属性为：材料 属性为弹性模量Ｅ＝２ Ｘ １０ｕ Ｐａ，泊松比为０．３。针对上 述问题，对其应力、疲劳寿命进行分析。 结构失效的主要形式，有磨损、断裂、腐蚀、变 形、疲劳破坏等，而疲劳破坏是其中很重要的一种。 结构破坏经常发生在有缺口的应力集中的地方，故 对如图１所示的有小孔的结构进行疲劳分析研究， 具有重要的工程意义［２１。 ：
循环次数的对数值 图１受力模型 图２材料的循环次数与应力强度曲线 １ 应力计算与分析 图１所示模型结构较为简单，故选取整体模型 进行有限元分析。单元类型选择“Ｑｕａｄ ８ｎｏｄｅ ８２”，采 用智能划分网格２级水平划分单元，施加边界条件 如图３所示，应力分析结果如图４所示。 可以看出，圆孔处发生了应力集中，应力由平均 的１ ０００ Ｐａ急剧增加到２ ９９２ Ｐａ，最大应力分布在圆 孔的上下两侧。有限元计算结果与弹塑性力学理论 图３整体模型添加约束与加载图 图４模型应力图 计算结果基本一致，说明该模型应力计算基本正确， 为疲劳寿命计算奠定了基础。 ３ 疲劳寿命分析 ３．１疲劳寿命分析方法 疲劳寿命是指结构或机械直至破坏所作用的循 环载荷的次数或时间四。常用的疲劳分析方法，有局部 应力应变法、名义应力法、应力场强度法等问。本文借助 ＡＮＳＹＳ疲劳分析模块，采用局部应力应变法进行分 析。通过弹塑性有限元法或其他方法，计算危险部位的 局部应力应变谱，对照材料的疲劳陛能数据曲线，应用 疲劳累积损伤理论，估算模型危险部位的疲劳寿命。 ３．２ ＡＮＳＹＳ疲劳分析过程 ＡＮＳＹＳ的疲劳分析，主要在于运用通用后处理 进行设置分析。其主要步骤如下： （１）应力分析计算后运用通用后处理器ＰＯＳＴ１ 确定危险部位的节点位置。本文第—节已经分析了模 型的应力状态，小孔的上下边界处，即６和８两节点出 应力最大，是本模型的最容易破坏的部位，分析了这两 个节点处的疲劳寿命，就可以知道整个模型的寿命。 （２）疲劳设置。本模型具体操作如下： 一是输入Ｓ—Ｎ曲线，二是由坐标值得到节点 收稿日期：２０１１—０９－０６ 作者简介：赵友贵（１９７９一），男，湖南邵东人，工程师，现从事石油钻井工作。
应用ANSYS浅析复杂应力状态下20g材料试样热机械疲劳总寿命
Ｑ：塑 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
应用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ浅析复杂应力状态下
２０ｇ材料试样热机械疲劳总寿命
刘征 陈雪松 唐文庆
（大连市锅炉压力容器检验研究院 辽宁大连 １１ ６０００） 工业技术
摘要：本文利用已有的２０ｇ热机械疲劳总寿命试验数据，应用有限元分析软件模拟试验条件，对不同试件进行应力应变计算，找出危险部 位，通过对危险部位的试验结果．计算数据进行分析，探讨能表征试件热机械疲劳总寿命的参量，并建立用谈参量表征热机械疲劳总寿命
的经验公式。 关键词：热机械疲劳 总寿命 ２０ｇ材料 复杂应力状态 中图分类号：ＴＧ１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１ ２）０５（ａ）－－Ｏ１ ０２－０３
传统的疲劳寿命分析方法有如下缺点：
疲劳破坏几乎总是从结构上具有应力集
中的部位开始，疲劳破坏与应力集中部位的
局部应力一应变历史有着密切的关系。而传
统方法使用的名义应力历史既不能代表应力
集中部位的真实应力一应变状态，也不能正
确地考虑应力的次序和各级载荷之间的相互
作用。因此，它不能反映出疲劳破坏的本质。
近几年，随着有限元分析方法的发展，
使得各种弹塑性问题的计算解析变得容易
起来，因此近十年来发展起一种基于局部
应力一应变的分析方法，以构件应力集中
部位的真实应力一应变相应来代替名义应
力。这种方法克服了传统的名义应力法的
缺点。该方法计算的疲劳寿命比用传统的
名义应力法计算要精确５倍以上…。
利用局部应力一应变分析方法评价疲
劳寿命大致遵循以下步骤：
（１）用试验测定材料的循环应力一应变
特性曲线和应力一寿命曲线；
（２）用有限元计算或用试验测定方法确
定构件的载荷一应变特性曲线；
（３）根据载荷一应变特性曲线和循环应
力一应变特性曲线进行构件在任意载荷作
用下的局部应力一应变响应分析；
（４）根据真实局部应力、应变计算当量应
基于ANSYS的谐波齿轮减速器疲劳寿命仿真分析
液压气动与密封／２０１２年第８期
基于ＡＮＳＹＳ的谐波齿轮减速器
疲劳寿命仿真分析
张 超 ，王少萍 ，邵靖宇
（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１００１９１）
摘 要：谐波齿轮减速器是一种新型机械传动机构，其寿命评估越来越受到人们的重视。谐波齿轮减速器的最主要的故障模式是柔轮
的疲劳断裂，故该文采用三维实体建模和有限元分析的方法，首先对柔轮进行实体建模，分析其受力情况，并根据相关的理论对实体模
型进行简化．在ＡＮＳＹＳ软件中利用有限元方法进行静力结构分析，并在此基础上引入疲劳分析模块进行疲劳寿命估计。计算结果表明
该方法能够对谐波齿轮减速器进行较为有效的寿命估计。
关键词：谐波齿轮减速器；疲劳分析；有限元；ＡＮＳＹＳ
中图分类号：ＴＨ１３２．４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２０１２）Ｏ８—００７２—０３
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅａｒ Ｒｅｄｕｃｅｒ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｌｉｆｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｎｓｙｓ
ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏ，ＷＡＮＧ Ｓｈａｏ－ｐｉｎｇ，ＳＨＡ０ Ｊｉｎｇ－ｙｕ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅａｒ ｒｅｄｕｃｅｒ ｉｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｋｉｎｄ ｏｆ ｔｒａｎｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｅｏｐｌｅ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｉｔｓ ｌｉｆｅ
ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ａｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｆａｕｌｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅａｒ ｒｅｄｕｃｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｌｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｓｏｌｉｄ
[要诀]疲惫剖析软件ansysfe_safe简介（转）
问题1：ANSYS后处理疲劳功能与ANSYS/Fe-safe疲劳功能的关系是什么？
回答1：ANSYS后处理疲劳功能是依据线性累积损伤理论，利用S-N曲线、应力时间历程以及雨流计数
技术直接计算疲劳寿命使用系数，属于简单的名义应力疲劳寿命评估，对疲劳的影响因素的考虑有限，适
用于粗略估算。ANSYS/Fe-safe则是专用的高级疲劳分析模块，采用先进的单/双轴疲劳计算方法，允许计
算弹性或弹塑性载荷历程，综合多种影响因素（如平均应力、应力集中、缺口敏感性、（焊接成型等）初
始应力、表面光洁度、表面加工性质等），按照累积损伤理论和雨流计数，根据各种应力或应变进行疲劳
寿命和耐久性分析设计，或者根据疲劳材料以及载荷的概率统计规律进行概率疲劳设计以及疲劳可靠性设
计，或者按照断裂力学损伤容限法计算裂纹扩展寿命。Fe-safe疲劳计算技术先进，精度很高，广泛实用于
各类金属、非金属以及合金等材料。总之，ANSYS后处理疲劳功能仅仅是Fe-safe疲劳功能的一个很少部
分，Fe-safe作为复杂环境下的疲劳耐久性计算是ANSYS疲劳的补充与延伸。
问题2：什么是高周疲劳和低周疲劳？它们与应力疲劳法和应变疲劳法之间的关系是什么？
回答2：根据疲劳断裂时交变载荷作用的总周次，疲劳可分为低周疲劳、中周疲劳和高周疲劳。一般将断
裂时的总周次在 以下时，称为低周疲劳；断裂时的总周次大于 时，称为高周疲劳。在高周疲劳中，构件
在破坏之前一般仅发生极小的弹性变形，而在低周疲劳中，应力往往大到足以使每个循环产生可观的宏观
的塑性变形。因此，低周疲劳较高周疲劳而言显示出了延性状态。高周疲劳传统上用应力范围来描述疲劳
破坏所需的时间或循环数，即按应力疲劳法评估疲劳寿命。低周疲劳（短寿命）传统上用应变范围来描述
全塑性区域疲劳破坏所需的时间或循环数，即按(局部)应变疲劳法评估疲劳寿命。
ANSYS FE-SAFE是一款高级疲劳耐久性分析和信号处理的软件，它是多轴疲劳分析解决方案的领导
ansys 应力寿命曲线
ansys 应力寿命曲线
一、概述
应力寿命曲线是描述材料在应力作用下的疲劳寿命特性的一种曲线。它通过测试和分析，能够确定材料的疲劳极限，预测材料的疲劳寿命。本文将介绍使用ANSYS软件生成应力寿命曲线的步骤和方法。
二、应力寿命曲线的重要性
在工程领域，许多机械和结构部件在工作过程中会受到循环应力的作用，如发动机、桥梁、飞机等。这些部件的疲劳寿命是评估其可靠性和安全性的关键因素。通过应力寿命曲线，可以预测部件在不同应力水平下的疲劳寿命，从而为设计和优化提供依据。
三、ANSYS应力寿命曲线分析步骤
1. 创建模型
2. 使用ANSYS建模工具创建分析所需的模型，并确保模型符合实际情况。模型应包括所有关键的几何特征和材料属性。
3. 定义材料属性
4. 在ANSYS中定义材料的弹性模量、泊松比、密度等基本属性，以及所需的疲劳数据，如S-N曲线和应力幅值。
5. 划分网格
6. 根据分析的精度和规模要求，对模型进行合适的网格划分。
7. 边界条件和载荷
8. 根据实际情况设置模型的边界条件和加载条件，模拟实际工作状态。对于疲劳分析，重点关注循环应力的施加。
9. 运行分析
10. 运行ANSYS分析，得到应力分布云图和疲劳寿命分布图。
11. 结果后处理和评估
12. 对结果进行后处理和评估，确定危险部位和疲劳寿命短的区域，生成应力寿命曲线。
13. 优化和改进设计
14. 根据分析结果优化设计，降低应力水平或改进结构，以提高部件的疲劳寿命。
15. 设计验证和疲劳测试
16. 在进行设计改进后，进行验证分析和疲劳测试，确保改进的有效性。
四、结论 通过使用ANSYS软件进行应力寿命曲线的分析和生成，工程师可以更好地了解材料的疲劳特性，预测部件的疲劳寿命，优化和改进设计，提高产品的可靠性和安全性。
手把手教你用ANSYS workbench
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. 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。
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. 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： .
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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。 .
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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。 .
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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： .