ansys公司培训教材疲劳分析

– 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)
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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.
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February 20, 2004 Inventory #002018 14-12
疲劳模块
… 几何
• • 疲劳计算只支持体和面
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σ2 = constant σ1
February 20, 2004 Inventory #002018 14-5
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… 应力定义
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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.
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… 总结
• •
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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:
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.
February 20, 2004 Inventory #002018 14-8
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…应力-Байду номын сангаас命曲线
• 因此,记住以下几点:
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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 比例 – 变振幅下的疲劳程序, 比例载荷情况 比例 – 恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 比例
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上述功能适用于 ANSYS DesignSpace licenses和 附带疲劳模 块的更高级的licenses.
February 20, 2004 Inventory #002018 14-2
February 20, 2004 Inventory #002018 14-10
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B. 疲劳程序 (基本情况)
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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
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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
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
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对数显示
上述数据曲线，分别是用线性与对数来表示的. 由于数据的本质原因, 采用对数绘制曲线，往往 能更方便地查看S-N曲线的情况.
February 20, 2004 Inventory #002018 14-7
疲劳模块
…应力-寿命曲线
• 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 •
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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
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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（Stressbased ）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 .
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
线性显示
σmax σmin
February 20, 2004 Inventory #002018 14-6
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… 应力-寿命曲线
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– 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.
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ANSYS Workbench 疲劳分析
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本章概述
• • 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.
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• 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
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疲劳模块
… 疲劳程序
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– 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅 载荷 (本章之后将给予讨论).
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… 成比例载荷
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– 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)
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.
… 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.
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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.
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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.
February 20, 2004 Inventory #002018 14-3
疲劳模块