基于ANSYS的筒体接管疲劳分析
基于ANSYS的筒体法兰的疲劳强度分析
0 引言
随着管道事业的发展， 管道在生产和生活中起着很 重要的作用。但在压力管道设计、 生产、 安装和使用过程 经常会遇到要对法兰进行强度和刚度校核的问题。法 中， 兰就是需要同时兼顾应力和应变的管道部件之一， 特别是 在输送的介质有毒有害的情况下。法兰连接的设计涉及 垫片、 螺栓及需用值的确定等多方面的因素， 到法兰本身、 在一定的管道尺寸和压力以及温度组合的条件下， 法兰的
则螺栓预紧力： Fo ≤（ 0． 6 ～ 0． 7） σs Ai = 0． 6 × 270 × 106 × 7． 85 × 10 － 5 = 12 717 N 取螺栓预紧力 Fo = 12 000 N 通过有限 元模 拟 分 析 计 算， 得到应力应 出 变的最大值， 现在 两 个 过 渡 圆弧 的 中 心 位 4中 如图 3、 置， 所示。
5 ［ 5 ］
2） 由静强度模拟分析的结果， 依据线性疲劳累积损伤 理论， 运用 ANSYS 疲劳分析模块估算该筒体法兰的疲劳 得到该筒体满足它的设计寿命， 能达到疲 寿命耗用系数， 劳强度的要求。 3） 上述运用有限元分析软件 ANSYS， 进行疲劳寿命 分析的方法及结果， 可以作为法兰结构进一步改进和优化 设计的理论依据。
现代机械 2011 年第 4 期 ·46·
基于 ANSYS 的筒体法兰的疲劳强度分析
马宇， 郑民欣
（ 郑州轻工业学院 机电工程学院， 河南 郑州 450002） 摘要：运用有限元分析软件 ANSYS， 建立某种筒体法兰的有限元分析计算模型， 并在最高使用压力及螺栓预紧力等载荷条 件下对其进行数值模拟， 得到最大的应力应变分布。在此静态分析的基础上， 通过疲劳分析模块进行疲劳仿真计算， 估算 从而为筒体法兰进一步的结构设计提供必要的理论依据。 其疲劳寿命耗用系数， 关键词： 法兰 ANSYS 应力 应变 疲劳 中图分类号：TB115 文献标识码：A 文章编号：1002 － 6886（2011）04 － 0046 － 03
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。
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。
ANSYS疲劳分析的应用
ANSYS疲劳分析的应用在传统的设计过程中，设计人员在概念或详细设计阶段通常使用简单而不真实的计算来估计产品的寿命，而对这些估计寿命的验证通常是通过一定量物理样机的耐久试验得到。
不但试验周期长、耗资大，而且许多参数与失效的定量关系也不能在试验中得出，试验结论还可能受许多偶然因素的影响。
因此对于产品疲劳寿命的仿真分析方法越来越受到产品设计人员的关注。
在塑料机械中，模板是注塑机最重要的零件之一，它的成本是注塑机成本的主要组成部分，模板断裂，注塑机就不能正常工作。
从强度出发，当然是选用高质量的材料，而且尽量将模板做得厚一些，但这两点均提高模板造价，影响整机成本。
目前模板大部分采用球墨铸铁铸造。
这主要考虑：(1) 在模板上铸出加强筋或将模板掏空，可有效减少质量;(2) 由于球铁较易于精铸(树脂砂铸造)，使加工余量大大减少，可有效减少加工成本;(3) 球铁刚性较好，也具有一定强度。
虽然设计者充分考虑了模板的强度、刚度，但仍然有许多模板断裂的事故发生，其原因在于模板断裂不是因为静力破坏而是因为疲劳破坏。
一、元原理及模型建立当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，在应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏。
这种在交变载荷作用下材料或结构的破坏现象称为疲劳破坏[1 ] 。
结构的疲劳破坏，首先在局部区域产生裂缝，一般是在零件和构件的表面，也可能在零件内部有缺陷处，即应力最高的区域。
由于该区域代表了整个结构的疲劳强度，所以该区域称为危险区，危险区的应力、应变变化情形为结构疲劳分析中所需的应力或应变2时间历程。
因此，结构疲劳应力分析的目的，就是要求得结构在承受各种负荷时，对其危险区的应力或应变响应，作为结构疲劳设计的依据之一。
在进行工程结构疲劳分析时，常应用ANSYS 软件为分析工具来确定结构的高应力危险区，并进行负荷谱转化为应力谱或应变谱的工作。
本工作将引用基本理论[2]：其中，式中，[ B ] 为应变矩阵;[ D] 为弹性矩阵;{ f e} 及[ Ke ] 为单元节点力及单元刚度矩阵。
ansys疲劳分析基本方法
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。
3.1.1 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)第三节(和第八节第二部分)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。
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，见本章§3.2.3.4。
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。
3.2 疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
基于ANSYS软件的疲劳试验机动力学分析
3、虽然ANSYS软件提供了丰富的数据处理和可视化功能，但仍然需要研究者 具备一定的工程背景和专业知识，以便更好地理解和应用仿真结果。
结论
本次演示通过对ANSYS软件在疲劳试验机动力学分析中的应用进行了深入研究 和讨论，总结了其重要性和应用价值。ANSYS软件凭借其强大的动力学分析功 能，能够准确高效地模拟疲劳试验机的动力学行为，为疲劳性能研究和试验机 优化设计提供了有力支持。然而，针对不同材料和复杂结构的研究，仍需进一 步探索和完善ANSYS软件的动力学分析方法。未来研究方向应包括：1）
一、参数化设计
参数化设计是一种通过设置参数、建立模型的方法，实现对设计对象的几何形 状、尺寸、性能等指标进行优化和控制。在门式起重机金属结构的参数化设计 中，主要涉及以下参数：
1、结构尺寸：包括门架的跨度、高度、宽度等，以及横梁、直梁等部件的尺 寸。
2、载荷条件：包括额定起重量、最大轮压等力学参数，以及工作级别、使用 频率等工况参数。
2、对于不同材料、载荷和转速下的直齿轮接触应力，如何制定相应的控制策 略，以满足齿轮性能要求？
3、采用有限元法对直齿轮进行动态接触应力分析，以进一步探讨齿轮动态性 能及其影响因素。
本次演示将介绍基于ProENGINEER和ANSYS软件的齿轮轴有限元分析过程。首 先，我们将简要阐述齿轮轴有限元分析的背景和意义；接着，进行需求分析， 确定分析的目标和限制；然后，选择合适的有限元分析和后处理方法；第四， 设置合理的有限元分析参数；第五，展示分析结果；第六，基于结果进行讨论 和分析；最后，总结本次演示的内容并给出结论和建议。
5、分析结果通过有限元分析，我们得到了齿轮轴的应力、应变、振动和极限 等性能指标。在静力学分析中，我们观察到齿轮轴在加载过程中最大应力出现 在齿轮根部，这与实际情况相符。在动力学分析中，我们发现齿轮轴的振动主 要集中在低频区域，高频区域振动幅度较小。此外，我们还计算出了齿轮轴的 极限承载能力和疲劳寿命等关键指标。
ANSYS疲劳分析的例子
ANSYS疲劳分析的例子[转帖]ANSYS疲劳分析的例子ansys疲劳分析例子/units,si/title, Fatigue analysis of cylinder with flat head! ***************参数设定***************Di=1000 ! 筒体内径t=20 ! 筒体厚度hc=nint(4*sqrt(Di/2*t)/10)*10 ! 模型中筒体长度tp=60 ! 平板封头厚度r1=10 ! 平板封头外测过渡圆弧半径r2=10 ! 平板封头内侧应力释放槽圆弧半径exx=2e5 ! 材料弹性模量mu=0.3 ! 材料泊松比p1=2 ! 最高工作压力p3=2.88 ! 水压试验压力n1=2e4 ! 最高/最低压力循环次数n2=5 ! 水压试验次数! ***************前处理***************/prep7et,1,82 ! 设定单元类型keyopt,1,3,1 ! 设定周对称选项mp,ex,1,exx ! 定义材料弹性模量mp,nuxy,1,mu ! 定义材料泊松比! ******* 建立模型 *******k,1,0,0 ! 定义关键点k,2,Di/2+t,,k,3,Di/2+t,-(tp+hc)k,4,Di/2,-(tp+hc)k,5,Di/2,-tpk,6,Di/2-r2,-tp ! 定义应力释放槽圆弧中心关键点k,7,0,-tpl,1,2 ! 生成线l,2,3l,3,4l,4,5l,5,7l,7,1LFILLT,1,2,r1 ! 生成外测过渡圆弧al,all ! 生成子午面CYL4, kx(6),ky(6), r2,180 ! 生成应力释放槽面域ASBA,1,2 ! 面相减wprot,,,90 ! 旋转工作平面wpoff,,,kx(6)-3*r2 ! 移动工作平面asbw,all ! 用工作平面切割子午面wprot,,90 ! 旋转工作平面wpoff,,,tp+r2 ! 移动工作平面asbw,all ! 用工作平面切割子午面esize,5 ! 设定单元尺寸MSHKEY,1 ! 设定映射剖分amesh,1 ! 映射剖分面1amesh,3 ! 映射剖分面3esize,2 ! 设定单元尺寸MSHKEY,0 ! 设定自由剖分amesh,4 ! 自由剖分面4fini ! 退出前处理! ***************求解***************/solu ! 筒体端部施加轴向约束dl,3,,uy ! 筒体端部施加轴向约束dl,6,,symm ! 平板封头对称面施加对称约束time,1 ! 载荷步1lsel,s,,,8 ! 选择内表面各线段lsel,a,,,11,13lsel,a,,,15cm,lcom1,line ! 生成内表面线组件SFL,all,PRES,p1, ! 内表面施加内压alls ! 全选solve ! 求解fini ! 退出求解器! ***************后处理***************/post1 ! 进入后处理FTSIZE,1,2,2, ! 设定疲劳评定的位置数、事件数及载荷数FP,1,1e1,2e1,5e1,1e2,2e2,5e2 ! 根据疲劳曲线输入S－N 数据FP,7,1e3,2e3,5e3,1e4,2e4,5e4FP,13,1e5,2e5,5e5,1e6, ,FP,19, ,FP,21,4000,2828,1897,1414,1069,724FP,27,572,441,331,262,214,159FP,33,138,114,93.1,86.2, ,FP,39, ,! ****** 水压试验循环 ******fs,4760,1,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 储存节点4760对应其第一载荷的应力set,1,last ! 读入第一载荷步数据FSNODE,4760,1,2 ! 储存节点4760对应其第二载荷的应力fe,1,n2,p3/p1 ! 设定事件循环次数及载荷比例系数! ****** 最高/最低压力循环 ******fs,4760,2,1,1,0,0,0,0,0,0 ! 储存节点4760对应其第一载荷的应力set,1,last ! 读入第一载荷步数据FSNODE,4760,2,2 ! 储存节点4760对应其第二载荷的应力FE,2,n1,1, ! 设定事件循环次数及载荷比例系数FTCALC,1 ! 进行疲劳计算（并记录使用系数）fini。
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.疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器POST1 中进行疲劳计算。
基于ANSYS软件的三通管疲劳寿命分析
式 中 ｔ —疲 劳强度 系数 ； ｆ — ｆ —— 循环数 Ｎ＝１２处 直线 ２的纵 坐标 ／ ／
截距 ； Ｅ —材料 的 弹性 模量 ； —
８ ０ ７ ｘ ｌ ｓｘ０ ７ ．０ ４１ ３
．
６ ——疲 劳强度 指数 ， 直线 ２的斜率 ；
＝
６ｘ ２（ ３
区域
４ ３ － １９ ７ ２ ９ ５附录 ｃ， 应力 幅 Ｓ ＝ＳＮ ／ Ｉ Ｔ ２＝１９ ７ ／ ９ ．２２
＝
９ ８ Ｐ ９． ６ Ｍ ａ
图 ３ 三 通 管 道 １ ４分 析 模 型 ／
一一
图 ５ 节 点位 置 和 应 力 强度 云图
图 ６ 内相 贯 线 的应 力 强 度变 化 规 律
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ａ ｔ ｓ ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｌｃ ｌ ｒ ｓ—ｓｒ ｉ ｈ ｏｙ，ｔｅ Ｓ Ｎ ｅ ｒ ｅ ｏ ｉ ｉ ｇ ｍａｅｉ ｌｗ ｓ ｅ ｔｂ ｉ ｅ ． Ｔ ｅ ，ｂ ｓ ｇ Ｆ ｔ ｕ ｏ ｌｉ ｓｅ ｔａｎ ｔｅ ｒ ｈ － ｕ ｖ ｆｐ ｐｎ ｔｒ ａ ｓ ｌ ｈ ｄ ａ ａ ｓ ｈ ｎ ｙ ｕ ｉ ａｉ ｅ Ｔ ｏ ｎ ｎ ｇ
总性应 变． 寿命 曲线 ， 中 总应 变一 其 寿命 曲 线 的数 学
表达式 为… ：
。
＝ ｓ ＋
＝
Ｏ ｆ２、 ＋ ｆ （ Ｊ） ７ ，
ｏ
ｏ
ｔ
ｆ
（ Ⅳ） ２ 。
（） １
或写 为 ：
Ａ８
＝ ＋ ： －（ Ｎ） （Ⅳ） １ ２ ＋ ２
（） ２
图 １ 应 变 ・ 命 曲线 （ 对 数 坐标 系 ） 寿 双
１５ ＭＰ 代 人计 算 出 Ｓ （ 表 １ ， １中给 出了 ８ ａ 值 如 ）表
ansys疲劳分析报告基本方法
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。
3.1.1 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(ASME Boiler and Pressure Vessel Code)第三节(和第八节第二部分)作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和Mimer累积疲劳准则。
除了根据ASME 规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。
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，见本章§3.2.3.4。
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。
3.2 疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器POST1 中进行疲劳计算。
ansys疲劳分析报告基本方法
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。
3.1.1 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)第三节(和第八节第二部分)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。
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，见本章§3.2.3.4。
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。
3.2 疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器 POST1 中进行疲劳计算。
基于ANSYS Workbench的管道疲劳强度分析及优化
２ ０１ ７ ７ｊ Ｊ ｌ
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Ｖ（ １ ｌ ｌ ６Ｎ ０ ７ 儿ｌ １ ｖ． ２（ ）１ ７
ＳＯｆ ｛ Ｗａ ｌ ｃ Ｇ Ｌ ｌ ｉ ｄｅ
基 于 ＡＮＳ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ的 管 道 疲 劳 强 度 分 析 及 优 化
Ｈ ｊ 有 限 兀 计算 来 预估 结 构 疲 劳 。有 限 元 汁箅 耗 时 少 、 效 率
高、 节约成水 ， 并 且 可 以 准 确 找 到 结 构 在 受 到循 环 载 衙 作
Ｊ Ｈ时 的 最 薄 弱 位 置 。 具体做法是 运用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ建 立 儿 ｆ ｉ Ｉ 』 模 型， 将几ｆ ｌ ｌ Ｊ 模 型 导 入 ＡＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ中 ， 先 进 行 静 力结 构 分 析 ，
： 住确计 算 出机 械 结 构 的 疲 劳 寿 命 。 通 过 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ建 立 三 维 实 体 模 型 ． 在 ＡＮＳ ５ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｌ ｝ ｔ ＿ Ｉ ｌ （ 、 ｈ中 进 行 网 格 划 分 ． 对 于液 体 中击 及螺 栓 预 紧 力 作 用 分 为 两 种 环 境 进 行 静 力 学 计 算 。将 两 种 环 境 叠 加 处 理 ． 再 通 过 、 ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｈ ｔ ｌ ｌ ｃ ｈ中
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ７ ８ ０ ０ （ ２ Ｏ １ ７ ） ０ ０ ７ ０ １ ４ ５ － ０ ４
疆 淄 、 ＼
行静 力学 ｉ １ 算 。管 道 内径 为 ９ ０ ａｍ． ｒ 外径 为 ｌ ０ ： ｌ Ｉ ｎ Ｉ Ｉ １ ． 通 过
０ 引 言
管道 从 安 装 渊 试 至 投 入 使 用 期 间 ， 长ｊ ９ Ｊ 受 到 管 道 内部 液体的循环作川 力。 会 造 成 连 接 管 道 的 螺 栓 发 生 疲 劳 破
基于ANSYS的筒体接管疲劳分析
ＳＥＣＴ１ Ｎ ０ ＤＥＦＩ ＥＤ Ｎ ＢＹ ＰＡＴＨ＝ Ａ Ａ Ｄ Ｓ Ｓ＝ ０ Ｙ
１ ）有限 单 元选 择 采 用ＡＮＳ 软 件 中的２ 结 ＹＳ ０ 点三 维实体 单 元 （ ｏｉ４ ）， Ｓ ｌ ５ 划分 网格 得 有限 元模 ｄ
１３ 有 限元分析 模型 ．
根 据 简体 接管 的 结构 特 性 和承 载 特性 ，取 １４ ／
简体 接管构 建有 限元 分析模 型如 图 １ 示 。 所
容 器结 构的简 体接 管结 构进行 疲劳 分析 。
１ 疲劳分析设计
设 计 条 件 ： 设 计 温 度 为 常 温 ， 内 压 波 动 ０ ２５ ａ 载 荷 每 小 时 波 动 ２ ， 年 平 均 工 作 － ．ＭＰ ， 次
： Ｐ ｌ ＝ ＯＳ ＮＥＡＲＩ Ｔ１ ＬＩ ＺＥＤ ＴＲＥＳＳ ＬＩ ＴＩ Ｓ Ｓ ＮＧ
Ｉ ＳＩ Ｅ ０Ｄ Ｅ ＝３ ５ ＯＵ ＴＳＩ Ｎ Ｄ Ｎ ２７ ＤＥ ＯＤ Ｅ ：ｌ ００ Ｎ ３
ＬｏＡＤ ＳＴＥＰ
ＴＩ Ｅ：１０ ０ Ｍ ．００
１ ＳＵＢＳ ＴＥＰ＝Ｉ
ｔ ＝２ ６
接管壁厚 ，ｍｍ
Ｐ２ ＝０
最低工 作压力 ，ＭＰ ａ
图２ 网格 划 分
收稿日期：２ １－ ４ １ ０ ０ ０ －２ 基金项 目：２ ０ 年广西教育厅科研项 目 （ ０ ９ ３ ６ ０９ ２ ０ １ＭＳ ３ ） １ 作者简介：谢业东 （９ ６一 １６ ），男，广西邕宁人，副教授 ，硕士 ，研究方向为压力容器设计与制造 。
型如 图２ 所示 。
２ ）位 移边 界 条件 在 图２ 示 坐标 系中 ，简体 所
基于ANSYS软件对压力容器开孔接管区的应力与疲劳分析
第２ ９卷 第 ２期 ２ １ 年 ４月 ０１
轻工 机 械
Ｌｉ ｈｔＩ ｄ ｓ ｒ ｇ ｎ ｕ ｔｙＭ ａ ｈ／ ｅ ｙ ｅ ｕｒ
Ｖ０ ． ９ Ｎｏ ２ １２ ．
Ａｐ ． ０１ ｒ２ １
［ 环保 ・ 安全 ］
Ｄ Ｉ ０３６／ ｉｎ１ ５ ８５２１．２０１ Ｏ ： ． ９ｊ ｓ ． ０－ ９． １ ． １ ９ ．ｓ ０ ２ ０ ０ ３
最大应力发生在简体最高位置与接管的连接处 ， 最大应 力强度值 为 ２７ ４ ８Ｍ ａ ４ ．７ Ｐ 。然后利用 Ａ Ｓ Ｓ进行疲劳寿命分 析， ＮＹ 将有限元方法与疲劳寿命分析理论相结合 ， 得到累积使用 系数 均小于 １ 即开孔接 管部位 满足 疲 劳强度 的要 求 ， ， 因此该
容器是安 全的。通过 此次分析再 次证 明了 Ａ Ｓ Ｓ软件 为压力容 器实际工程应用 中提 供 了可靠的 、 ＮＹ 高效的理论依 据。图
ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｎ ｔ — ｌｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｒ ｖ ｄ ｔ ａ Ｓ ｏｔ ａ ｅ ｉ ａ ｃ ｐ ａ ｌ ｎ ｆ ｃ ｅ ｔ ｎ ｈ ｅ ｕｔ ｆ ｉ ｅ ｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｉ ｐ ｏ ｅ ｔＡＮ ＹＳ ｓ ｆ ｒ ｓ ｃ ｅ ｔ ｂ ｅ ａ ｄ ｅ ｉｎ ．Ａｔ ｈ ａ ｉ ｔ ｆ ｅ ｉ ｓ ｈ ｗ ｉ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｔ ｍｅ ｉ
基于ANSYS软件对受压水管疲劳的有限元分析报告
基于ANSYS软件对受压水管疲劳的有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对水管的疲劳进行分析,计算出水管的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为水管的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析日常生活中经常遇到水管破裂的问题，有的因为受冻破裂，有的因为水压过大，也有的受到水压不停冲击产生的疲劳破坏。
如下图示为参考模型，自行定义尺寸，建立水管模型，施加水压0.1MPa,分析在该水压下，水管能承受多少次冲击。
假设水管两端固定图1 水管三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，常用的水管为PE管，其弹性模量为2GPa，泊松比为0.39图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。
如图所示为二通接头，水管采用面体建模，首先建立其中一根水管，直径为30mm，长度为0.5m，如下所示三通的外径要略大于水管，直径为32.5mm，在水管端部建立圆草绘面，拉伸成二通接头的模型，如下所示同理建立，建立另一侧水管，最终模型如下所进入Workbench进行材料设置，并进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，两端面固定，水管右端施加0.1MPa载荷，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.001mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为15.467MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该水管最多可以使用1.4e5次，此后便会发生裂纹破坏。
ANSYS疲劳分析
ANSYS疲劳分析ANSYS是一种流行的工程仿真软件，用于进行各种工程问题的有限元分析。
在工程实践中，疲劳分析是一个非常重要的领域。
疲劳是指材料在重复载荷作用下逐渐破坏的过程。
疲劳分析的目的是评估结构在实际使用条件下的寿命和性能。
ANSYS可以用来进行疲劳分析，通过确定应力和应变的分布，评估结构在长期使用中可能出现的问题。
在进行疲劳分析之前，首先要进行有限元模型的建立。
这包括将结构模型导入到ANSYS中，确定边界条件和加载条件等。
在进行疲劳分析时，首先要确定疲劳载荷的类型和大小。
这可以通过实验测量或数值模拟来获取。
然后，将载荷应用在结构模型上，并进行动态分析。
ANSYS可以模拟不同的载荷情况，例如正弦载荷、随机载荷和脉冲载荷等。
通过分析结果，可以获得结构在不同位置的应力和应变分布。
在完成动态分析后，可以对结果进行验证和修正。
如果分析的结果与实际测量不符，可能需要对模型进行修正。
修正的方法包括调整材料的本构模型、改变模型的几何形状或重新定义载荷条件等。
完成验证后，可以进行疲劳分析。
在ANSYS中，可以使用不同的疲劳分析模块进行分析。
其中最常用的是疲劳寿命评估模块。
该模块可以根据疲劳参数和材料的S-N曲线，预测结构在给定载荷下的疲劳寿命。
这可以帮助工程师评估结构的安全性和可靠性，并采取适当的措施来延长结构的使用寿命。
疲劳分析还可以进行应力寿命曲线分析。
该分析方法可以通过建立不同应力水平和循环数的组合，预测结构的疲劳寿命。
这对于识别结构中的关键部位和进行寿命预测非常有帮助。
此外，还可以使用应变寿命方法进行疲劳分析。
该方法通过应变历程和损伤累积，评估结构在疲劳载荷下的性能。
在完成疲劳分析后，可以对结果进行后处理。
这包括评估结构的疲劳寿命、疲劳裕度和故障位置等。
通过分析结果，可以确定哪些部位可能会在疲劳过程中发生破坏，并采取适当的措施来加强这些部位。
总之，ANSYS是进行疲劳分析的强大工具。
它可以用于建立结构模型、应用载荷、进行动态分析和预测结构的疲劳寿命。
ansysworkbench疲劳分析流程
ansys workbench疲劳分析流程基于S-N曲线的疲劳分析的最终目的是将变化无规律的多轴应力转化为简单的单轴应力循环，以便查询S-N曲线，得到相应的疲劳寿命。
ansys workbench的疲劳分析模块采用如下流程，其中r=Smin/Smax，Sa为应力幅度，Sm应力循环中的应力均值，注意后一个m不是大写：）：（1）无规律多轴应力-->无规律单轴应力这个转换其实就是采用何种应力（或分量）。
只能有以下选择：V on-Mises等效应力；最大剪应力；最大主应力；或某一应力分量（Sx,Syz等等）。
有时也采用带符号的Mises应力（大小不变等于Mises应力，符号取最大主应力的符号，好处是可以考虑拉或压的影响（反映在平均应力或r上））。
同强度理论类似，Von-Mises等效应力和最大剪应力转换适用于延展性较好的材料，最大主应力转换用于脆性材料。
（2）无规律单轴应力-->简单单轴应力循环其本质是从无规律的高高低低的等效单轴应力--时间曲线中提取出一系列的简单应力循环（用Sa,Sm表征）以及对应的次数。
有很多种方法可以完成此计数和统计工作，其中又分为路径相关方法和路径无关方法。
用途最广的雨流法(rain flow counting method)就是一种路径相关方法。
其算法和原理可见“Downing, S., Socie, D. (1982) Simplified rain flow counting algorithms. Int J Fatigue,4, 31–40“。
经过雨流法的处理后，无规律的应力--时间曲线转化为一系列的简单循环（Sa,Sm和ni,ni为该循环的次数，Sm如果不等于0，即r!=-1，需要考虑r的影响）。
然后将r!=-1的循环再转化到r=-1对应的应力循环（见下），这样就可以根据损伤累计理论（Miner准则）计算分析了：Sum(ni/Ni) Ni为该应力循环对应的寿命（考虑Sa,Sm）。
基于ANSYS Workbench的管道疲劳强度分析及优化
基于ANSYS Workbench的管道疲劳强度分析及优化作者：邢亮亮仲梁维来源：《软件导刊》2017年第07期摘要：疲劳破坏作为一种常见的失效形式，直接关系到机械结构的寿命，通过有限元软件ANSYS Workbench能够准确计算出机械结构的疲劳寿命。
通过SolidWorks建立三维实体模型，在ANSYS Workbench中进行网格划分，对于液体冲击及螺栓预紧力作用分为两种环境进行静力学计算。
将两种环境叠加处理，再通过ANSYS Workbench中的Fatugue Tool模块进行非比例载荷疲劳寿命分析。
然后根据管道的疲劳寿命结果，优化螺栓预紧力大小，选取最优螺栓预紧力实现管道疲劳寿命的最大化，优化结构的疲劳强度。
结果表明，经螺栓预紧力优化后，管道疲劳寿命提高了10%。
关键词：疲劳寿命；疲劳强度；ANSYS Workbench；非比例载荷DOIDOI：10.11907/rjdk.171252中图分类号：TP319文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）007-0145-040 引言管道从安装调试至投入使用期间，长期受到管道内部液体的循环作用力，会造成连接管道的螺栓发生疲劳破坏，造成管道漏液的危险情况[1]。
管道在输送液体时，连接管道的螺栓承受脉动循环载荷，主要受到了疲劳作用。
通过实验的方法很难准确检测结构疲劳[2]，因此工程上常用有限元计算来预估结构疲劳。
有限元计算耗时少、效率高、节约成本，并且可以准确找到结构在受到循环载荷作用时的最薄弱位置。
具体做法是运用SolidWorks建立几何模型，将几何模型导入ANSYS Workbench中，先进行静力结构分析，包括两个计算环境，环境一为液体对管道的作用，环境二为螺栓预紧力对管道的作用。
再将环境一的脉动循环载荷叠加在环境二的静载荷上，对管道结构进行非比例载荷[3-4]疲劳寿命分析，并根据得到的疲劳寿命结果，优化螺栓预紧力大小，以实现管道疲劳寿命的最大化。
ansys疲劳分析报告
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bmin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bm=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:(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。
疲劳分析报告
1 概述***是用来完成***分离的设备，常常需要通过变温或变压来改变吸附剂的吸附容量，从而完成吸附与解吸。
***是在交变载荷作用下工作的，除强度分析外，还需进一步进行疲劳分析。
***安装后，***上封头筒体对接焊缝部位最大直线度偏差满足相关要求，要保证***顶部的直线度偏差在一定的范围之内。
如图1所示。
*****************有限公司（甲方）的委托，***************研究院（乙方，以下简称****）拟对甲方生产的化工设备-***进行疲劳分析，计算***直线度对整体结构的影响，为甲方顺利安全的生产运行提供数据支持。
2 材料参数整体结构合金钢Q345：主体材料的参数设置为，弹性模量E=2.045E5MPa，泊松比μ=0.3，材料密度为ρ=7.85E-9t/mm3 。
***中吸附填料的质量为**t，将此质量转化到筒体和下封头的上部，则对应的筒体和下封头的密度为ρ=***t/mm3。
1考虑到腐蚀的影响，***壳体的壁厚取**mm，***内径取****mm。
疲劳特性参数如表1所示，S-N曲线如图2所示。
表1 疲劳曲线数据S-N曲线的绘制受到平均应力的影响，可以执行通过平均应力修正理论实现。
Q345R是韧性材料，Goodman理论适用于韧性材料的平均应力修正理论。
因此，利用Goodman理论来考虑平均应力的影响。
如图3所示。
3 有限元疲劳分析结果***的最高工作压力2.7Mpa，最低工作压力0.05Mpa。
***上封头与裙座的直线度偏差在一定范围内变化，根据企业的要求，分别对直线度偏差L为*mm、**mm和**mm进行疲劳分析。
使用通用结构分析软件ANSYS Workbench Environment(AWE)13.0中的疲劳分析模块Fatigue Tool，根据***对称性，可仅对结构的二分之一进行疲劳分析。
3.1直线度偏差L=*mm的疲劳分析结果在交变载荷作用下，***整体的等效交变应力，即疲劳应力幅如图4（a）所示。