ANSYSnCodeDesignlife高级疲劳寿命分析

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pera ANSYS nCode DeaignLife 高级疲劳分析技术

疲劳分析背景
哈维兰彗星型客机 —第一个喷气客机（1952） -机体反复承受增压和减压引发金属疲劳 -裂缝在尖角萌生然后扩展至失效 -加压机身的失效引起整个结构的崩溃
民航历史上首次发生因金属疲劳导致的空难事件。
疲劳分析背景
据不完全统计，欧洲每年早期断裂造成的损失达800亿欧元；
美国每年早期断裂造成的损失达1190亿美元；
焊缝疲劳
• • • • • 焊接材料不均匀，金相组织不均匀；焊缝处存在残余应力；焊缝处几何不连续，存在较大的应力集中；焊缝处经常存在焊接缺陷；相对于母材，焊接的疲劳寿命分散性更大。
焊缝疲劳
焊缝Байду номын сангаас劳
• nCode公司与Volvo公司、Chalmers大学联合开发； • 支持多种焊接形式：贴脚焊（fillet）、搭接焊（overlap）、激光焊（laser）； • 能够智能识别模型中焊缝的信息，从而简化疲劳分析流程； • 具有焊缝材料拉伸、弯曲情况下的疲劳数据，适合于 weld toe, root 和 throat的破坏；
nCode分析-五框图
ANSYS nCode功能特色
强大的结果输出功能： • 云图、标记显示 • 输出自动鉴别疲劳关键区域和热点； • 疲劳分析结果表格输出； • Studio Glyph自动报告生成
nCode分析-五框图
1 CONTENTS
2
ANSYS nCode特点
3
高级疲劳分析技术
焊缝疲劳
E[0]
m2 m0
m4 E[ P] m2
振动疲劳
LaLanne • 通用宽带技术 • 许多军用标准使用 • 是 ANSYS nCode DesignLife 的默认使用方法

基于ANSYS的压力容器疲劳分析与寿命预测

基于ANSYS的压力容器疲劳分析与寿命预测压力容器是工业生产中常见的设备之一，用于贮存和运输气体、液体或固体，承受着巨大的压力。

然而，由于长期的工作环境和作用力的影响，压力容器会出现疲劳现象，而疲劳失效可能导致严重事故甚至生命危险。

为了确保安全运行和提高使用寿命，进行压力容器疲劳分析与寿命预测是至关重要的。

压力容器的疲劳分析与寿命预测是一个复杂的工程问题，涉及多学科的知识。

在传统的方法中，工程师们通常依赖经验公式和试验数据进行分析，但这种方法存在一些不足之处。

首先，准确度受限于实验条件和试验数据的局限性。

其次，由于压力容器结构的复杂性，传统的方法难以考虑到各种工况变化以及应力分布的不均匀性。

因此，利用计算机辅助工程（CAE）软件进行压力容器的疲劳分析与寿命预测具有重要意义。

ANSYS作为一种强大的CAE软件，在压力容器疲劳分析的应用上已经被广泛认可。

它提供了多种分析模块，如有限元分析（FEA）、疲劳分析和寿命预测等，能够模拟复杂的结构和加载条件。

通过ANSYS的建模和分析工具，工程师们可以更加全面地了解压力容器的应力状态，并准确评估疲劳寿命。

在使用ANSYS进行压力容器疲劳分析时，首先需要进行几何建模和网格划分。

通过建模软件，可以创建一个精确的三维几何模型，并对其进行网格划分以获取一个合适的离散化模型。

然后，根据实际情况设置边界条件、加载条件和材料参数等。

在设定完成后，进行有限元分析，求解得到压力容器的应力分布。

接下来，进行疲劳分析和寿命预测。

ANSYS提供了多种疲劳分析模块，如低周疲劳、高周疲劳和疲劳寿命预测等。

根据所需分析的类型选择相应的模块，并输入相应的参数，如材料的SN曲线、载荷历程等。

通过对应力历程和SN曲线的相互作用进行计算，可以预测压力容器的疲劳寿命。

此外，还可以基于不同的疲劳损伤准则，如线性累积损伤准则、短模拟疲劳准则等，对容器的疲劳寿命进行评估和预测。

除了以上提到的分析方法，ANSYS还提供了一些辅助工具来进行压力容器的疲劳分析与寿命预测。

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。

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。

ANSYS nCode DesignLife疲劳分析之时间步定义

3
Time Step Access Mechanical
• highlight Model cell of Mechanical system Bending Load FY TimeStep > RMB > Edit
4
Time Step Verify Boundary Conditions
• Fixed end • Use 6 separate steps apply FY load history
• Load mapping for this case will be Auto-Configured • Run and compare results with TimeStep approach
Time Step Exit DesignLife
• File > Exit
Time Step Exit Workbench
Time Step View load/stress history
Note: Can manually reorder the stress history by switching off Auto-Configure and building your own Time Step history of load cases
• File > Exit
Time Step Setup an equivalent TimeSeries approach
• Edit nCode and make available load history .s3t file
Time Step Setup an equivalent TimeSeries approach
Time Step Solve

ANSYS nCode_DesignLif疲劳分析软件

Fatigue Life
Report Generation
C A D模型多种方式导入到Workbench
自动生成用于有限元分析的网络
ANSYS StructuralTM 中进行应力计算
ANSYS nCode DesignLife基于加载历史计算疲劳寿命
仿真报告自动生成
5 ANSYS nCode DesignLife
1 ANSYS nCode DesignLife
可靠耐久性技术
优化后的挂钩具有两倍于原始零件的疲劳寿命
ANSYS nCode DesignLife 软件提供先进的、业界公认的疲劳分析能力。软件可以模拟所有类型的疲劳破坏，包括：
● 高周疲劳的应力寿命（SN）计算 ● 低周和高周疲劳的应变寿命（EN）计算 ● 裂纹扩展 ● 复杂加载条件下预测耐久极限、安全因子（Dang Van） ● 焊点和焊缝的焊接疲劳计算 ● 高级振动疲劳分析计算（PSD） ● 混合载荷加载的实现
Dang Van求解器
● Dang Van多轴分析 ● 计算安全因子，危险因子等
SAE轴疲劳寿命分析多轴载荷加载历史
ANSYS nCode DesignLife 4
典型分析流程
CAD
Meshing
与 ANSYS Workbench 无缝集成
ANSYS Fatigue
Stress Calcuiation
测试数据的相关性
ANSYS nCode DesignLife包含用于将实验数据和仿真结果进行联合和修正的工具。广泛的数据处理流程能够对测试数据进行各种操作、编辑和显示。虚拟应变片可定位于有限元模型上，以便提取应力或应变时间序列，帮助验证材料模型的直接相关性。时间序列数据也能用于裂纹扩展分析。采用线弹性断裂力学预测裂纹源的扩展趋势。

Ansys nCode疲劳分析

ANSYS nCode Designlife 高级疲劳寿命分析
© 2015 ANSYS, Inc.
1
目录
1 疲劳理论介绍
2 ANSYS nCode Designlife功能特色 3 S-N疲劳分析概述及案例介绍 4 随机振动疲劳分析概述
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2
疲劳分析理论
只通过静力来确定材料的机械性能时，机械性能没有充分反映材料在交变载荷作用下的特性。使用过程中往往会发生突如其来的破坏。
nCode分析-五框图
© 2015 ANSYS, Inc. 19
ANSYS nCode 的功能特色
时间序列恒幅载荷
时间步载荷
温度载荷 Hybird载荷振动载荷 Duty Cycle
nCode分析-五框图
© 2015 ANSYS, Inc. 20
ANSYS nCode 的功能特色
ANSYS nCode DesignLife 具有全面的疲劳分析能力
临界平面法计算平面应力和在几个径向平面进行重新求解
− 默认是每10度 (18 个平面)
− 雨流计数法在每个平面上计算疲劳损伤 − 准则平面是最大损伤的平面
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Sm Sa 1 Su Se
Sa =应力幅 Sm = 平均应力 Su = 极限抗拉强度 Se = 疲劳极限
Sm 2 Se Sa 1 Su
Gerber平均应力修正理论假定一个抛物线
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理对疲劳的影响
− 表面因子用来调整材料s-n曲线
Ksur是三个用户定义因子的乘积
− Ksur = KTreatment * Kuser * Kroughness

从四个方面了解ANSYS nCode DesignLife高级疲劳寿命分析软件

文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）市场的激烈竞争，促使着企业不断降低产品的研发成本，不断缩短产品的研发时间，推动产品的创新以及可持续性设计。

在此基础上，对产品研发提出了另外一个非常重要的要求-延长产品寿命，确保产品疲劳耐久性。

大部分产品在经历了反复载荷作用下，出现疲劳现象，功能将会失效，产品的寿命将到期。

那么，如何延长产品的寿命呢？最有效的方法，就是通过仿真，优化计算产品的形状、大小和材料，从而延长产品寿命。

ANSYS nCode DesignLife就是这样一款软件。

产品介绍ANSYS nCode DesignLife是集成在ANSYS Workbench 平台上的高级疲劳分析模块，为客户提供先进的疲劳分析解决方案。

ANSYS nCode DesignLife由ANSYS公司与专注疲劳分析领域的HBM公司合作推出。

HBM的ncode是疲劳领域最优秀的软件之一，已有超过25年的历史。

ANSYS nCode DesignLife主要模块有：功能特色1、完全集成于ANSYS WorkBench平台以流程图形式建立分析任务；无缝读取ANSYS计算结果；与ANSYS共享材料数据库；在WorkBench平台上统一进行参数管理，可用DesignXplore软件进行优化。

2.Click & Drag操作方式，易学易用以“Drag”建立疲劳分析流程；以“Click”完成相关设置；疲劳分析流程可重复执行。

3.先进的疲劳分析技术高周疲劳的应力寿命（SN）计算；低周和高周疲劳的应变寿命（EN）计算；裂纹扩展；复杂加载条件下预测耐久极限、安全因子；焊点、焊缝的焊接疲劳计算；高级振动疲劳分析计算（PSD）；在多轴应力状态评估的基础上，自动选择计算方法。

4.构建任意复杂的载荷谱时间序列；恒幅载荷；时间步载荷；温度载荷；Hybrid载荷；振动载荷；Duty Cycle。

5.强大的疲劳结果输出功能云图、标记显示；输出自动鉴别疲劳关键区域和热点；疲劳分析结果表格输出；组件结果输出；输出指定位置的应力、应变历程；Studio Glyph自动报告生成。

Ansys nCode疲劳分析及应用

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3.2 缺口应力集中对疲劳寿命的影响
理论分析：
与材料相关的参数，可通过下式估算：
q：缺口敏感系数
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缺口半径
Kf：疲劳缺口系数光滑件疲劳极限与缺口件疲劳极限之比
Kt：弹性应力集中系数缺口处最大实际应力与该处名义应力之比
一般Kf小于Kt ，两者的关系可以用缺口敏感系数q表征。
40
3.4 多轴状态对疲劳寿命的影响
如果加载过程中主应力方向改变，计算应力范围使用一个派生的单轴应力可能是不正确的
临界平面法可用于计算主应力方向改变的情况
临界平面法计算平面应力和在几个径向平面进行重新求解
− 默认是每10度 (18 个平面) − 雨流计数法在每个平面上计算疲劳损伤 − 准则平面是最大损伤的平面
• 拉伸平均应力减少疲劳寿命
• 压缩平均应力增加疲劳寿命
Smax
Sa
Sm
DS
Sa Smin
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3.3 平均应力对疲劳寿命的影响
对于应力-疲劳寿命，平均应力的影响通常使用Goodman 或者 Gerber平均应力修正理论
Goodman 平均应力修正理论假设一条直线
1. 避免设计缺陷引起的疲劳破坏
2. 避免过于保守的设计
产品出现不应当发生的疲劳失效，会使企业的信誉受损，经济损失更大！
过于保守设计，使得产品的成本增加，市场竞争力下降！
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ANSYS nCode 的功能特色
支持的有限元结果：静态分析(线性/非线性) 瞬态分析模态分析频谱响应

基于Ansys的前倾托辊组疲劳寿命分析

0 引言带式输送机是重要的散装物料连续输送设备，广泛应用于矿山、冶金、化工和港口等行业。

托辊为承载输送带及物料的易损件，沿输送机全长分布，约占整机质量的30%，成本占整机的35%左右[1]。

如图1所示，正常支撑托辊组由3个相同托辊和支架组成。

为了纠偏输送带，可采用1种前倾托辊组（见图2），它是在正常支撑托辊的基础上将两侧托辊沿输送带运行方向前倾1°17′～1°40′，该形式的托辊组能够使运行中的输送带始终有对中的趋势[2]。

1 问题的提出根据对某焦化厂输送机调查发现，在托辊组疲劳问题中，输送机托辊轴承失效约占63%，辊皮磨损约占图1 正常支撑托辊组图2 前倾托辊组基于Ansys 的前倾托辊组疲劳寿命分析都平安韩刚李金泊韩惠森程泽鹏太原科技大学机械工程学院太原 030024摘要：带式输送机是由多个子系统组成的复杂技术系统，托辊作为承载输送带及物料的易损件，对其寿命分析显得尤为重要。

文中以正常支撑托辊组和前倾布置托辊组作为研究对象，对二者的疲劳寿命进行分析研究。

根据某焦化厂提供的正常支撑托辊组和前倾布置托辊组虚拟样机模型，基于Workbench 对托辊组进行静力学仿真分析，获得等效应力、应变云图，应用疲劳分析软件nCode DesignLife 进行应力疲劳分析，分析结果表明二者最小寿命均在轴承处。

关键词：带式输送机；托辊组；nCode DesignLife；疲劳寿命中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2024）1-0027-06Abstract: Belt conveyor is a complex technical system composed of several subsystems, and the idler is a wearing part that carries the conveyor belt and materials, so its life analysis is particularly important. In this paper, the fatigue life of normally supported idler set and forward-leaning idler set was analyzed and studied. According to the virtual prototype models of the normally supported idler set and the forward-leaning idler set provided by a coking plant, the static simulation analysis of these two idler sets was carried out based on Workbench, and the equivalent stress and strain nephograms were obtained. Stress fatigue analysis was carried out by using fatigue analysis software nCode DesignLife, and the analysis results show that the minimum life of both are at the bearing.Keywords: belt conveyor; idler set; nCode DesignLife; fatigue life35%，焊缝开裂约占2%。

Ansys nCode疲劳分析

现代设计方法
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Ansys nCode疲劳分析优势（二）
ANSYS nCode DesignLife是ANSYS与HBM的nCode强强联合的结晶。Ncode公司是国际著名的疲劳耐久性工程专业公司和技术领导者。自80 年代公司成立至今，引导并推动了疲劳理论在工业领域中的应用及其发展。
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3.4 多轴状态对疲劳寿命的影响
von-Mises 应力标记的 von-Mises 应力
− 以最大绝对主应力的符号标记
最大剪切应力最大主应力
− 用于脆性材料
绝对最大主应力任一分量的应力临界平面法
标记的 Von-Mises 应力是最常用的
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平滑区域
扰动载荷局部性发展过程
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疲劳分析方法
应力疲劳分析（S-N）
第一种疲劳分析方法循环应力水平低、寿命长
应变疲劳分析（E-N）
循环应力水平高、寿命短屈服后应变变化大、应力变化小
高周疲劳：材料在低于其屈服强度的循环应力作用下，经104-105以上循环产生的失效；
低周疲劳：材料在接近或超过其屈服强度的应力作用下，低于104-105次塑性应变循环产生的失效；
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3.2 缺口应力集中对疲劳寿命的影响
理论分析：
与材料相关的参数，可通过下式估算：
q：缺口敏感系数
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缺口半径
Kf：疲劳缺口系数光滑件疲劳极限与缺口件疲劳极限之比
Kt：弹性应力集中系数缺口处最大实际应力与该处名义应力之比

ANSYSnCodeDesignlife入门详解-1

ANSYSnCodeDesignlife⼊门详解-1ANSYS nCode Design life⼊门详解1 ⾃带help以及例⼦的应⽤Help的使⽤：在安装⽬录......\nCode\docs中，有个desktop的pdf⽂档，是整个help⽂档的提纲单击Help Map，即可根据所需，选择相应的pdf⽂件进⾏查看。

如下图所⽰。

注：软件⾃带例⼦在Designlife worked examples中，理论⽀持在Designlife Theory Guide中。

2 载荷输⼊及编辑在Designlife中，载荷的输⼊形式有三种：time series（时间序列），multi-column(多列载荷)以及histogram（柱状图载荷）。

这三种形式的载荷都是通过ASCII转换进⾏导⼊的。

进⼊下⼀界⾯：默认设置，next，保存为DAC或者s3t格式，结果如下：⾄此，⼀条时间序列的载荷曲线就创建完成。

3 材料属性的解读（新材料SN曲线的建⽴）单击左侧的，进⼊材料管理界⾯，如果需要修改材料库属性，去掉只读（open as read only）。

Designlife中材料类型主要分为母材的SN、EN 曲线以及点焊、焊缝材料曲线。

其中SN、EN曲线根据计算⽅法，⼜可细分为不同类型的曲线。

下⾯以材料库中强度极限为100mp的铝合⾦材料（AL_ALLoy_UML_UTS100）为例，说明各个参数的意义及计算⽅法。

其SN曲线以及参数如下图所⽰。

YS ：材料屈服极限；UTS ：材料强度极限；E ：弹性模量；me ：弹性泊松⽐；mp ：塑性泊松⽐（me 默认0.3，mp 默认0.5）；SRI1：循环次数为1时的应⼒幅；b1：SN 曲线第⼀阶段的斜率；Nc1：SN 曲线的第⼀个拐点循环次数；b2：SN 曲线第⼆阶段的斜率；RR ：最⼩载荷和最⼤载荷的⽐值。

Nfc ：循环截⽌次数，如果寿命超过该次数，则认为损伤为0。

M1~M4：为平均应⼒修正因⼦在不同RR 取值下的值（⼀般⽤系统默认值）。

ANSYS nCode DesignLife CAE疲劳仿真

Fatigue Failure
• If sufficient energy exist, Stage II cracks continue to grow until tensile failure occurs − most lack sufficient energy to propagate across grain barriers
ANSYS nCode DesignLife CAE疲劳仿真
课件简介 •复习疲劳基础 −什么是疲劳 −疲劳裂纹的物理 −疲劳测试 •介绍CAE耐久性的基础知识
−疲劳方法 •应力寿命 •应变寿命
− 裂纹增长
•介绍疲劳分析的基础知识 −应力循环 −周期计数 −损伤累积
Introduction
• Fatigue damage is the initiation and/or growth of a crack under fluctuating loading − progressive damage − component seems to lose strength and get tired after multiple load applications, hence the name
• stress concentration causes plastic stresses at the crack tip
− local plastic stress causes the crack to change direction
• growth is now propagated by cyclic plastic stress at the crack tip • oriented perpendicular to maximum principal stress

pera ANSYS nCode DeaignLife 高级疲劳分析技术

能够读取ANSYS、Abaqus、 Nastran等软件的有限元计算结果
nCode分析-五框图
ANSYS nCode功能特色
利用material manager自定义材料用户可自定义材料；创建内存模板材料丰富的材料数据库；
nCode分析-五框图
ANSYS nCode功能特色
• • • • • • • 时间序列恒幅载荷时间步载荷温度载荷 Hybird载荷振动载荷 Duty Cycle
疲劳分析背景
现代疲劳耐久性设计分析方法
载荷谱定义
设计
Ansys等有限元分析
应力结果
nCode等疲劳分析
材料属性定义
重新设计
疲劳分析结果
疲劳分析背景
现代设计方法
1 CONTENTS
2
ANSYS nCode特点
3
高级疲劳分析技术
ANSYS nCode特点
ANSYS nCode DesignLife是ANSYS与HBM的nCode强强联合的结晶。nCode公司是国
• 板材厚度影响修正；
• 平均应力影响修正； • 支持BS7608焊接标准。
焊缝疲劳
Fillet
Overlap
Laser Overlap
Laser Edge Overlap
Generic
焊点疲劳
焊点疲劳
• 约50%汽车结构耐久问题和焊点有关； • 约80%汽车车体的耐久性问题和焊点有关；
• 在一条自动生产线上装备一个焊点的点焊装置约需30,000美元；
nCode分析-五框图
ANSYS nCode功能特色
ANSYS nCode DesignLife 具有全面的疲劳分析能力应力疲劳 (单一，多曲线，Haigh图) 应变疲劳(自动多轴修正) 多轴安全系数分析(Dang Van) 焊缝和焊点疲劳高温疲劳

细解Ansys疲劳寿命分析

细解A n s y s疲劳寿命分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March2013-08-29 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”(“Alt ernating 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。

ANSYSnCodeDesignLife疲劳分析-高性能计算

ANSYSnCodeDesignLife疲劳分析-高性能计算ANSYS nCode DesignLife疲劳分析-高性能（并行）分析设置及效率1、概述ANSYS nCode DesignLife疲劳分析计算效率比较高，相比于ANSYS Mechanical，它无需求解矩阵方程，因此一般无需高性能计算，只要用单核计算就可以很快得到计算结果。

当然，如果模型的规模很大，载荷量也增大的情况下，也需要很长的计算时间，采用高性能计算能够得到很好的计算效率。

当然可以采用部分模型计算的方式，减小计算规模，比如对于实体模型，只计算表面的节点的结果；对于壳类结果，只计算关键部分的结果等。

但是对于需要完整模型计算的大规模模型或大规模载荷情况下，高性能计算很有必要。

2、分析步骤a）设置分析流程，采用应力常幅载荷分析b）进行结构强度分析c）进入ANSYS nCode DesignLife界面材料采用默认的AISI_4340_125；载荷设置最大因子为1，最小为-1；设置并行d）模型及计算效率统计有限元模型：节点数量3475762，单元数量2546689。

（143970）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（8线程，求解时间9.626）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（4线程，求解时间39.339）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（2线程，求解时间43.098）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（1线程，求解时间55.027）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（默认，求解时间39.322）3、总结根据计算结果，当计算线程数从1增加到2再到4时，求解速率提高幅度较小；当计算线程数从4增加到8时，求解速率大幅度提高，从39.339骤减至9.626。

注：本次测试只是一次简单的测试，不一定能完全展示nCode DL 的高性能计算能力。

ANSYS_nCode_DesignLife_材料参数设置解读

used directly.
Surface Roughness（micron） This field sets the surface roughness in microns if the Surface Roughness
Type field is set to Enter Surface Roughness.
• Surface Treatment Factor • This field sets a material modification
factor to take account of surface treatment. 本参数设置一个表面处理系数用于（疲劳）
计算
Surface Treatment Factor
缺少铸造，不知能否使用锻
造代替
镜面擦拭（恒为1）精细研磨或经济的擦拭
机加工
热-辊压热水侵蚀
锻造盐水侵蚀
Surface Roughness（micron）
• This field sets the surface roughness in microns if the Surface Roughness type field is set to Enter Surface Roughness.
Material Group parameters
材料系数
表面系数
擦拭
研磨、打磨
简单机加工
Hale Waihona Puke 输入表面粗糙度类滚压类铸造
输入表面粗糙系数
缩放系数、1为不缩放材料偏置
双击本列任何地方均会弹出相同的
对话框
表面处理系数用户表面系数表面处理类型表面粗糙度（微米）表面粗糙系数
Material Group parameters

ANSYS nCode DesignLife疲劳分析材料属性定义

nCode Material Data
• DesignLife requires specific material information – particular information depends on material type – duplicate similar material
5 Box Trick
• CAE fatigue process can be described in 5 basic steps
FE Input
Material Mapping
Load Mapping
CAE Fatigue Analysis
Fatigue Results Display
Material mapping defines the fatigue properties for the materials
• Each material in the DesignLife material library typically has either stress-life (SN) or strain-life (EN) fatigue properties, although some have both.
Rename New Material
• After duplicating > rename material
Modify Properties
• Modify propertiesand “Refresh Project”
Defining New Material
• New material is now available in Mechanical and for downstream use in DesignLife