ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章
联合ANSYSWORKBENCH和DESIGNLIFE进行疲劳分析
联合ANSYSWORKBENCH和DESIGNLIFE进行疲劳分析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。
ANSYSWORKBENH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NCODE公司的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），X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ANSYSWORKBENCH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;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;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§;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;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;一般有五个主要步骤：1、进入后处理 POST1,恢复数据库；2、建立位置、事件和载荷的数目,定义材料疲劳性质,确定应力位置和定义应力集中系数；3、存储不同事件和不同载荷下关心位置的应力,并指定事件的重复次数和比例系数；4、激活疲劳计算；5、查看结果;进入POST1和恢复数据库依照下列步骤进行疲劳计算：1、进入POST1命令：POST1GUI：Main Menu>General Postproc2、把数据库文件读入到在内存中如果所要做的疲劳计算是正在进行的 ANSYS 计算过程的继续,则文件已在内存中;结果文件必须已经存在并将其读入内存; 命令：RESUMEGUI：Utility Menu>File>Resume from建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置定义下列数据：位置、事件和载荷的最大数目；材料的疲劳性质；应力位置与应力集中系数SCFs;1、定义位置、事件和载荷的最大数目缺省情况下,疲劳计算最多包括5个节点位置,10个事件,每个事件中3个载荷;如果需要,可以通过下面的命令来设置较大的规模即较多的位置、事件和载荷; 命令：FTSIZEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Size Settings2、定义材料的疲劳性质为了计算各种耗用系数,以及为了包含简化弹塑性效应,必须定义材料的疲劳性质;在疲劳计算中,感兴趣的材料性质有：S-N 曲线：应力幅Smax -Smin/2-疲劳循环次数的关系曲线;ASME S-N 曲线考虑了最大平均应力的影响;如果需要,应把输入的 S-N 曲线进行调节以便考虑平均应力强度效应;如果不输入S-N曲线,那么对于各种可能的应力状态的组合,应力幅将降序排列,但不计算耗用系数;命令：FPGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>S-N TableSm-T曲线：设计应力强度值-温度曲线;如要考虑检查应力范围是否进入塑性,就必须定义该曲线;命令：FPGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Sm_T Table弹塑性材料参数 M 和 N应变强化指数;只在需要使用简化的弹塑性准则时,才输入 M、N;这些参数可以从 ASME 规范中获得;命令：FPGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Elas-plas Par下述例子说明了用于输入疲劳材料性质的FP命令的使用方法：Define the S-N table:FP,1,10,30,100,300,1000,10000 Allowable Cycles, NFP,7,100000,1000000 "FP,21,650,390,240,161,109,59 Alternating Stress-FP,27,37,26 Intensity Range, S, ksiDefine the Sm-T table:FP,41,100,200,300,400,500,600 Temperature, deg FFP,47,650,700,750,800 "FP,51,20,20,20,,, "Design Stress-IntensityFP,57,,, Value", Sm =2/3Sy or1/3 Su, ksiDefine the elastic-plastic material parameters:FP,61,,.3 M and N3、定义应力位置和应力集中系数下面的选项允许用户显式地定义疲劳计算中关心的节点位置、该位置的应力集中系数,以及在该位置的一个短的标题可用20个字母;命令：FLGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Stress Locations注意--不是所有的疲劳分析都需要使用FL命令;如果使用FS、FSNODE或FSSECT等命令见下,则疲劳节点位置是自动定义的;假使在建模时包含有足够细的网格,则所计算的应力是准确的,因此不必指定应力集中系数 SCFs 但是如果考虑表面影响、尺寸影响和腐蚀影响,则仍然需要指定 SCFs ;在计算疲劳时如果只需要考察一个位置,则可以省略标题;假使定位明确,或是不需要应力集中系数和标题,则可完全不使用FL命令;这里给出了在一个圆柱筒分析中应用FL命令的例子;整体坐标 Y 轴为旋转轴;在不同璧厚交界处的外壁给出了应力集中系数 SCFs 针对轴向线性化应力; FL,1,281,,,,Line 1 at insideFL,2,285,,,,Line 1 at outsideFL,3,311,,,,Line 2 at insideFL,4,315,,,,Line 2 at outside图3-1 圆柱筒应力集中系数 SCFs储存应力、指定事件循环次数和比例因子储存应力为了进行疲劳计算,程序必须知道每一个位置上不同事件和载荷时的应力,以及每一个事件的循环次数;可采用下列选项来存储每一个位置、事件和载荷组合情况下的应力：人工储存应力；从文件中取得节点应力；横截面应力;警告：程序从不假定存在0应力条件;如果一定要考虑零应力条件,就必须在每一个事件中明确地输入何处产生零应力;下面的命令序列,说明如何存储应力;在某些情况下,用户也可以用LCASE命令代替SET命令;人工储存应力： FS从中取出节点应力： SET,FSNODE横截面应力： PATH,PPATH,SET,FSSECT横截面计算也需从的数据中取得可以用不同的方法在一个事件中储存应力;下面说明各种不同的方法;.1 人工储存应力可以人工存储应力和温度不是直接从的结果文件取得;在这种情况下,实际并没有将 POST1 的疲劳模块作为后处理器,而是仅仅作为疲劳计算器使用;线单元如梁单元的应力必须人工输入,因为疲劳模块不能如体元或壳元那样从结果文件中读取数据;命令：FSGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses-Specified Val下面的例子说明用上述命令输入的方式：FS,201,1,2,1,,,,,,FS,201,1,2,7,在这个例子中,只输入了全应力1～6项和温度;如果还要输入线性化应力,它们将紧随在温度后面,即8～13项;注意--对只有轴向应力的梁单元,只需输入一个应力分量SX,其余各项空白;.2 从结果文件中提取应力该方法把包含有6个分量的节点应力向量直接储存在结果的数据库内;随后可以用FS命令修正存入的应力分量;注意--在执行FSNODE命令之前,必须使用SET命令,可能还有SHELL命令;SET命令从数据库的文件中读取某一特殊载荷子步下的结果,SHELL命令可选择从壳单元的顶面、中面或底面读取结果缺省是从顶面读取结果;命令：FSNODEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses-From rst File下面给出用FSNODE命令在一个事件的一个节点位置输入应力结果的例子： SET,1 Define data set for load step 1FSNODE,123,1,1 Stress vector at node 123 assigned to event 1,loading 1.SET,2 Define data set for load step 2FSNODE,123,1,2 ...event 1, loading 2SET,3 ...load step 3FSNODE,123,1,3 ...event 1, loading 3图3-2 一个事件中的三个荷载.3 横截面应力本选项计算和存储截面路径它是由以前的PATH和PPATH命令定义的端点的线性化应力;因为通常线性化应力计算是在能代表两个表面的最短距离的线段上进行的,因此,只需在两个表面上各取一个点来描述PPATH命令中的路径;这一步骤将从计算结果的数据库中获得应力；因此必须在SET命令之前使用FSSECT 命令;用FSSECT命令储存的应力分量可用FS 命令修正;命令：FSSECTGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue> -Store Stresses -At Cross Sect使用FSSECT命令的方法可用下述例子说明;如果节点位置没有在FL命令中指定,则在该例子中命令FSSECT将自动给两个路径节点 391 和 395 设定位置编号;见图3-3;图3-3 在执行 FSSECT 命令之前由 PPATH 命令识别的表面节点列表、显示或删除储存的应力用下列选项对储存的应力进行列表、绘图或删除;1、列出每一个位置、每一个事件、每一种载荷或每一种应力状态下的储存应力：命令：FSLISTGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses- List Stresses2、对某一位置和事件,以载荷号的函数来显示应力项：命令：FSPLOTGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses- Plot Stresses3、删除储存在某一位置、事件和载荷下的应力状态：命令：FSDELEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>-Store Stresses- Dele Stresses4、删除某一位置上的所有应力：命令：FLGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Stress Locations 5、删除在某一事件中各种载荷下的所有应力：命令：FEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Erase Event Data设定事件重复次数和比例系数本选项确定事件重复次数对该事件的所有荷载和所有位置;也可对该事件中构成载荷的所有应力施加比例系数;命令：FEGUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Assign Events下面给出该步骤的一个例子：FE,1,-1 Erase all parameters and fatigue stresses formerlyused for event 1.FE,2,100, Assign 100 occurrences to events 2, 3 and 4,REPEAT,3,1 and scale by .FE,5,500 Assign 500 occurrences to event 5.获得准确的耗用系数结构常常承受各种最大和最小应力,它们发生的顺序是未知的甚至是随机的;因此就必须小心地考虑如何在各种可能的应力范围内,得到正确的重复循环次数,以获得有效的疲劳寿命耗用系数;ANSYS 程序自动计算所有可能的应力范围,同时采用我们通常所知道的“雨流”法记数,跟踪这些应力发生的次数;在选定的节点位置,对所有事件进行搜索,以寻找产生最大应力幅的载荷对应力矢量;记录这些应力幅的重复次数,同时包含这些载荷的事件的剩余重复次数随之减少;最终至少有一个事件在某一位置被“用光”,而属于这一事件的其它应力状态,在随后的过程中将被忽略;这一过程一直进行着,直到所有的应力幅及重复次数都被计及后结束;警告通常容易误用疲劳模块的记数功能;如果需要使疲劳计算得到正确的耗用系数,就必须小心地设计好事件;设计事件时遵循下列规则：1、了解 ANSYS 的内部逻辑记数算法,参见ANSYS Theory Reference§,详细地讲述 ANSYS 程序如何记数;2、由于在三维应力状态,很难预测哪一个载荷步具有极值应力,因此可以对每一个事件采用多个载荷群,以便成功获得极值应力见图3-2;3、如果在某一给定的事件中,只包含一个极值应力,则将获得一个较保守的结果;如果在一个事件中,引入不止一个极值应力,则有时将产生不保守的结果;如下例所示：考察一个加载历程,由两个稍有不同的循环构成：载荷循环1：做 500次循环,Sx = + ～ ksi;载荷循环2：做1000次循环,Sx = + ～ ksi;显然这是应力幅为 50 Ksi的 1500 次循环;然而,如果不小心把这些载荷划分成两个事件,则将导致不正确的记数结果;请看该结果如何：事件1 载荷1： Sx = 500次循环载荷2： Sx =事件2 载荷1： Sx = 1000次循环载荷2： Sx =可能的应力幅是：a、从 E1,L1 到 E1,L2: ksib、从 E1,L1 到 E2,L1: ksic、从 E1,L1 到 E2,L2: ksid、从 E1,L2 到 E2,L1: ksie、从 E1,L2 到 E2,L2: ksif、从 E2,L1 到 E2,L2: ksi把这些应力幅从大到小排列：d、从 E1,L2 到 E2,L1: ksia、从 E1,L1 到 E1,L2: ksif、从 E2,L1 到 E2,L2: ksic、从 E1,L1 到 E2,L2: ksib、从 E1,L1 到 E2,L1: ksie、从 E1,L2 到 E2,L2: ksi则记数将如此：d、从 E1,L2 到 E2,L1 500 次循环 - E1 和 E2 用去500 次循环a、从 E1,L1 到 E1,L2 0 次循环 - E1 已用光f、从 E2,L1 到 E2,L2 500 次循环 - E2 又用去 500 次循环c、从 E1,L1 到 E2,L2 0 次循环 - 两个事件都用光b、从 E1,L1 到 E2,L1 0 次循环 - 两个事件都用光e、从 E1,L2 到 E2,L2 0 次循环 - 两个事件都用光上面记录了 50 ksi 应力幅的 1000 次循环,而不是已知的 1500 次循环;这个错误的结果是由于不恰当的事件组合导致的;假使载荷被描述为各自分离的事件如E1,L1 => E1; E1,L2 => E2; E2,L1 => E3; E2,L2 => E4,则将得到下列的记数范围：d、从E2 到E3 的500次循环,用去 500次循环a、从 E1 到 E2 的 0 次循环,因为E2“用光”了f、从 E3 到 E4 的 500 次循环,E3 又用去500次循环,E4 用去500次循环c、从 E1 到 E4 的 500 次循环,E4 又用去500次循环d、从 E1 到 E3 的 0 次循环,因为E3 “用光”了e、从 E2 到 E4 的 0 次循环,因为 E2 和 E4 都“用光”了;上述情况恰当地记录了累积疲劳损伤被,即 50 ksi 应力幅的 1500 次循环;4、相反,对每一个最大和最小应力条件应用分离的事件,则将使记录变得太保守;在这种情况下,应小心地选择应被一起记数的载荷,将它们划分为同一事件;下面的示例说明一些事件如何才能够包括多个极值应力条件;考虑由两个载荷循环组成的载荷历程：载荷循环1：从 Sx = + 到 + ksi,做 500 次循环载荷循环2：从 Sx = + 到 + ksi,做 1000 次循环显然这些循环的最不利组合为以大约 25 ksi 的应力幅做 500 次循环;在本例中,如果将载荷划分为两个事件,则产生了 25 ksi 范围内进行 500 次循环的正确记录;如每一个载荷作为一个独立的事件,将产生一种过于保守的记录,形成 25 ksi 应力幅的 1000 次循环;激活疲劳计算现在有了位置、应力、事件及所有指定的材料参数,可在指定位置执行疲劳计算;位置的确定可用节点本身,也可用位置编号;命令：FTCALCGUI：Main Menu>General postproc>Fatigue>Calculate Fatig查看计算结果疲劳计算结果被输出在输出窗口;如果你将输出转向/OUTPUT到文件中如,就可打开该文件查看结果;命令：LISTGUI：Utility Menu>List>Files>Other>如果用户已输入 S-N 曲线,则所有部位的应力幅从大到小排列与相应的事件/载荷、使用循环次数、允许循环次数、温度和阶段耗用系数一起以表格形式输出;随后输出累积寿命耗用系数;正如前面提到的,FTCALC输出时,将对任一给定的应力幅显示相应的事件和载荷,这些信息能帮助分离出那些引起最大的疲劳损伤的事件与载荷;修正事件的一个方便的方法是把所有的疲劳数据写入文件中它可以在执行FTCALC命令前或后做;写入文件的数据是疲劳模块的命令流;可通过编辑文件文本文件来修改事件,然后用/INPUT命令重新读入被修改的疲劳命令;命令：FTWRITEGUI：Main Menu>General postproc>Fatigue>Write Fatig Data.其它记数方法前面曾介绍过“雨流”记数法;在时间-载荷历程未知的情况下,这一技术才有用处;如果时间-载荷历程已知,对每一个接连的事件分别做疲劳分析FTCALC,然后人工相加这些耗用系数,则可避免得到不恰当的保守结果;疲劳分析示例命令流方法下面是一个疲劳计算输入命令流：Enter POST1 and Resume the Database:/POST1RESUME,...Number of Locations, Events, and LoadingsFTSIZE,...Material Fatigue Properties:FP,1,.... N valuesFP,21,... S valuesFP,41,... T valuesFP,51,... Sm valuesFP,61,... Elastic-plastic material parametersLocations, Stress Concentration Factors, and Location TitlesFL,...Store Stresses 3 Different MethodsStore Stresses Manually:FS,...Retrieve Stresses from the Results File: SET,...FSNODE,...Store Stresses at a Cross-Section:PPATH,...SET,...FSSECT,...Event Repetitions and Scale FactorsFE,...Activate the Fatigue CalculationsFTCALC,...Review the Results List the output fileFINISH其中的 FTSIZE,FP,FL,FS,FSNODE,PPATH,FSSECT,FE 和FTCALC 命令,请参考ANSYS Commands Reference;ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规范ASME Boiler and Pressure Vesse l 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M imer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; 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§; 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;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;一般有五个主要步骤： 1、进入后处理 POST1,恢复数据库； 2、建立位置、事件和载荷的数目,定义材料疲劳性质,确定应力位置和定义应力集中系数；3、存储不同事件和不同载荷下关心位置的应力,并指定事件的重复次数和比例系数；4、激活疲劳计算；5、查看结果; 进入POST1和恢复数据库依照下列步骤进行疲劳计算： 1、进入POST1 命令：POST1 GUI：Main Menu>General Postproc 2、把数据库文件读入到在内存中如果所要做的疲劳计算是正在进行的 ANSYS 计算过程的继续,则文件已在内存中;结果文件必须已经存在并将其读入内存; 命令：RESUME GUI：Utility Menu>File>Resume from 建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置定义下列数据：位置、事件和载荷的最大数目；材料的疲劳性质；应力位置与应力集中系数SCFs; 1、定义位置、事件和载荷的最大数目缺省情况下,疲劳计算最多包括5个节点位置,10个事件,每个事件中3个载荷;如果需要,可以通过下面的命令来设置较大的规模即较多的位置、事件和载荷; 命令：FTSIZE GU I：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Size Settings 2、定义材料的疲劳性质为了计算各种耗用系数,以及为了包含简化弹塑性效应,必须定义材料的疲劳性质;在疲劳计算中,感兴趣的材料性质有： S-N 曲线：应力幅-疲劳循环次数的关系曲线;ASME S-N 曲线考虑了最大平均应力的影响;如果需要,应把输入的 S-N 曲线进行调节以便考虑平均应力强度效应;如果不输入S-N曲线,那么对于各种可能的应力状态的组合,应力幅将降序排列,但不计算耗用系数; 命令：FP GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>S-N Table Sm-T曲线：设计应力强度值-温度曲线;如要考虑检查应力范围是否进入塑性,就必须定义该曲线; 命令：FP GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Sm_T Ta ble 弹塑性材料参数 M 和 N应变强化指数;只在需要使用简化的弹塑性准则时,才输入 M、N;这些参数可以从 ASME 规范中获得; 命令：FP GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Elas-plas Par 下述例子说明了用于输入疲劳材料性质的FP命令的使用方法： Define the S-N table: FP,1,10,30,1 00,300,1000,10000 Allowable Cycles, N FP,7,100000,1000000 " FP,2 1,650,390,240,161,109,59 Alternating Stress- FP,27,37,26 Intensity Range, S, ksi Define the Sm-T table: FP,41,100,200,300,400,500,600 Temperature, deg F FP,47,650,700,750,800 " FP,51,20,20,20,,, " Design Stress-Intensity FP,57,,, Value", Sm =2/3Sy or 1/3 Su, ksi Define the elastic-plastic material parameters: FP,61,,.3 M and N 3、定义应力位置和应力集中系数下面的选项允许用户显式地定义疲劳计算中关心的节点位置、该位置的应力集中系数,以及在该位置的一个短的标题可用20个字母; 命令：FL GUI：Main Menu>General Postproc>Fatigue>Str ess Locations 注意--不是所有的疲劳分析都需要使用 FL 命令;如果使用 F S、FSNODE 或 FSSECT 等命令见下,则疲劳节点位置是自动定义的;假使在建模时包含有足够细的网格,则所计算的应力是准确的,因此不必指定应力集中系数 SC Fs 但是如果考虑表面影响、尺寸影响和腐蚀影响,则仍然需要指定 SCFs ;在计算疲劳时如果只需要考察一个位置,则可以省略标题;假使定位明确,或是不需要应力集中系数和标题,则可完全不使用 FL 命令; 这里给出了在一个圆柱筒分析中应用 FL 命令的例子;整体坐标 Y 轴为旋转轴;在不同璧厚交界处的外壁给出了应力集中系数 SCFs 针对轴向线性化应力;。
ansys疲劳分析汇总
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。
疲劳分析_ANSYS Workbench 16.0超级学习手册_[共2页]
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394 第10章 疲劳分析
件被读入到Available tests 栏中，然后单击“>”按钮，使载荷文件移动到右侧栏中，并单击下面的“加入到文件列表”（Add To File List ）按钮，如图10-17所示。
图10-17 加载载荷
10.2.11 疲劳分析
Step1 勾选图10-18所示的Displ 选项，此时几何图形会显示在图框中。
Step2 右键单击StrainLife _Analysis ，在弹出的图10-19所示的快捷菜单中选择Edit Load Mapping 命令。
图10-18 显示几何图形 图10-19 映射载荷 Step3 此时加载的时间载荷如图10-20所示。
Step4 单击工具栏中的按钮开始计算。
Step5 计算完成后如图10-21所示，此图中包含几何模型、载荷序列、结果云图、结果数据及它们之间的关系线。
ANSYSworkbench教程—疲劳分析
第一章简介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。
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第一章简介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σ和σ作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σ-σ)平均应力σ定义为(σ+σ)/2应力幅或交变应力σa是Δσ/2应力比R是σ/σ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σ=σ/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。
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。
ansysworkbench疲劳分析实例.
ANSYS作业A12Shape fMCf 作业M2-科标• n ・8・爲 I H ta»T«VK«VQ»|CMMi fl A ・・・・««*»・• ■4M ・》n ・w* 11 «O mtl 辽■■■« ruOf A*m«a« N4MMV»t«W、、SMprnndrrULU台 ngB- ftff ・Qe"T » Roa Hit ・..“ fl幵文trcoMio<R r.4・"4 VHUMKllAug ft W屮*■ -oect ••人 SW .quwotfuma.rvtt AfiBtap^IB•c碎#…<kSNV、V>NV&rrm 卜却•…sASNVJ>V>4・Man“Man tAN、、、■ htiffurenmnnwilr111 v>«r«nie*ii«-» n. • JLMtfltcrf C^Mflcal Suppovl fliU i£ ttV neiHah- Ftica'. AiWa Ftec^ VariOiy* …作稅 1・・MA ・4M(LKXA*«W - qF**Hwl»WRWShvr徉曲A2■求解&浸Ahl"、*，•1C1T RMB » taMTl ► Sivwn > CqutvalaiM (wvi Miaea)^19 RUB » bnMrt > EWofnwttotv > ToM,Sftvr Ander…•作业M2-过稈a A rtiH arMmnvic $4・4i ASF «■■,・・・入个Met*.・E — - j 」：dl<S$Mpennder伊也Ud 乂獰设JF・ MAWiguf io«iO.Atfr Wxi &n.AN、'30 AM* > taBvri > FatoQue »Tool-KOMMBeai T«ii9MToarau ：« 4xa<cia» w・ n・>■WfH» «<U*N r*Fe« toeM«g)a 埶re«re»dkm*ivO)•事■■劝*U豪■三・*«Me力・«》<宸型•Mm 力■比■・• MFttIvwTocWWAV:2&«A -teieerWB>hrw1 >FBttgu«»SsMrFBcm.- M EMMti of -Sinrr Factor" : »I« 4 泠・** R «-»7.・人・"*•"»叶・・(«片«・{0：• RMI > Inwtl > Pfligu* > FMI QM SxWrtv • U OKM» o< Fwgue Seraflivnv* A a；一个•牛«♦«**—J为£& 个2如1»23坟力沖 *■人«化《«为29»(个Shape AMer 伊也求棹世JP AN、Y、Sh^pr FMrr frg、2 -求解粒ifAN、Y、Shape Mcffr曲Al金■求揮设貝AN、Y\-―nSh^fMer 作业A、2—求解设贯AN、、、■'『•aAW"、AN、Y、Shape fMCf* • A占Jt ・AA4i ■用 F —lgtervMho” .ff业A\4毎果AN"、AN、'、• AfljhBlXlj»* -aaMyF«Mr-\Sftvrnnder徉业A 、2-站杲ShapeMef 伊敗e •廊• ArfcHBOiKI t« ««««?! W%R uav^iorwntwBentttTMaM smatvm;・ nu«xM<«ftViiavMorM^nHK ；*«vj«0n4ir«s«« 什iu*H ・E ・n 给I• Aif>Hai>l<Mll («J9 ^BuMiexlncMMfton*. Ua.KHittttKVIffl■■ ■" ■ ... ............................ .... +0b«M«tSMwAnrfer伊火強•網P Sftver^uotr作嵌22■帘杲AN、、\—I■一徉业A2-求解设買AN'Y、• */•ViM^nn*r齐业A 、2 -求解设SPAN"730 Highlit ・e nMon torBnsti3*.nn*wiMrt > Fflttgua * f MIOM Tool• ■AR .t MflUBKwiajfth HMM 的任■««, Its 幻Kfa 从*ft WMC.it H ・artHi>*iaw*ii»E4・》«ns •・H*：33^ 9曳■诺« ft ■ •—'ICMft 鼻斤任 aifi vnfitt tAMmctoviMsnM^ Xl*K »• M CtoWM flVT M U" au ；址 NX 0«o ・aia 刊 Mttffit 件押住tt«fU■肿IKMCW •纲小4)|1«»甘阿供《*・《)虫・・ -亂決HMJbfUIE 为恻亦《祕..Shape ^Mler 作曲A、S ■求借潑贯» M FMigu* Tool * Aft *(tC)； -FeHouoSenattvKTRMB » In Mf1» Pittgu* >Xr “<3•世良一节*不••化•《为K(2 S«A*2»ANbn 个*人*事《«<址■*^200%惆3力为gOH),SAvrnn*r AN"、小'.KOMMeei F«it*MiMraum： 0i«AOlmn・«U*・tZ«gR—■ SJtl Vs ia»M« 力Jti ■HaH 比It (•«・■•••■ fOM«Mn««««・» •疙〃•氏4・ M. 3T « CMii 4为M C* XfUI*ie・ Oo—■ -.f gzaiMS；■k・A«*F“飞T. RWr kwi' f<buvt L**<Shape• U CMMii ot 'Bitvrr f>«ctar"t u:AN、SAvrAider 律业A12-*算设JPAN、V・八《• *・*SarMyFwtar：a• U DHadB oi Vn：<4.■人■««}鼻ftolTMow MMI N :MM f iRari» Moua > MvWw Mm •・r・ugu・YMi«j»««(«n. 44MA««IUB事・《xHlitr t n E・Q»・：MB • imn ■ wtQuv» vifiMi* MoMMnSftVxAnrtrr作WA、2■求解设嫁AN 、Y 、• U PffMr 9l ~ Damoft MMrte ' V P: 却«»« 计*• g*9n 4 力900® Sftvcrnnder ff业A、2-帘杲- -Uto".• n FMigM Tool Akffi *(Ht) J-gma^ far ：-RMB > mwrl > Pfllout > D«iMO0 UatrliS^VK 件歧A、2.结杲AN 、、7• AnA^adi «ii 44 AimA«>Fn« ± ** -3«MV MW"。
ansysworkbench疲劳分析实例.
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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。
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第一章简介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σ和σ作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σ-σ)平均应力σ定义为(σ+σ)/2应力幅或交变应力σa是Δσ/2应力比R是σ/σ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σ=σ/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
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。
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。
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章
ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章发表时间：2009-2-21 作者: 安世亚太来源: e-works关键字: CAE ansys Workbench疲劳分析第三章不稳定振幅的疲劳在前面一章中,考察了恒定振幅和比例载荷的情况,并涉及到最大和最小振幅在保持恒定的情况下的循环或重复载荷。
在本章将针对不定振幅、比例载荷情况,尽管载荷仍是成比例的,但应力幅和平均应力却是随时间变化的。
3.1 不规律载荷的历程和循环(History and Cycles)对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理：计算不规律载荷历程的循环所使用的是“雨流”rainflow循环计算，“雨流”循环计算(Rainflowcycle counting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术(如右面例子)，先计算不同的“平均”应力和应力幅(“range”)的循环，然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算。
损伤累加是通过Palmgren-Miner 法则完成的，Palmgren-Miner法则的基本思想是：在一个给定的平均应力和应力幅下，每次循环用到有效寿命占总和的百分之几。
对于在一个给定应力幅下的循环次数Ni，随着循环次数达到失效次数Nfi时，寿命用尽，达到失效。
“雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况。
因此，任何任意载荷历程都可以切分成一个不同的平均值和范围值的循环阵列(“多个竖条”)，右图是“雨流”阵列，指出了在每个平均值和范围值下所计算的循环次数，较高值表示这些循环的将出现在载荷历程中。
在一个疲劳分析完成以后，每个“竖条”(即“循环”)造成的损伤量将被绘出，对于“雨流”阵列中的每个“竖条”(bin)，显示的是对应的所用掉的寿命量的百分比。
在这个例子中，即使大多数循环发生在低范围/平均值，但高范围(range)循环仍会造成主要的损伤。
依据Per Miner法则，如果损伤累加到1(100%)，那么将发生失效。
Ansys疲劳分析
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): /POST1GUI: Main Menu> General Postproc2.调用ansys数据，Command(s): RESUMEGUI: Utility Menu> File> Resume from14.3.2确定大小，疲劳材料属性和位置需要定义如下数据：●位置、工况和载荷的最大值●疲劳材料属性●应力的位置和应力集中系数。
Workbench中文讲义——疲劳分析
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。
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。
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：
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：（1）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； （2）双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况。
几何模型
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。
Workbench中S-N曲线 在WB中可以通过打开材料编辑器
来定义S-N曲线。（一般每种材料 都有软件设置好的S-N曲线）
Linear——线性 Semi-Log——半对数曲线 Log-Log——双对数曲线
一般常用平均应力
可选择单一的S-N曲线。亦 可添加多重曲线
Workbench中S-N曲线
ansys-workbench疲劳分析流程
ansys-workbench疲劳分析流程ansys workbench困乏分析流程基于S-N曲线的困乏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，得到相应的困乏寿命。
ansysworkbench 的困乏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：Von-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（反映在平衡应力或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(rainflowcountingmethod)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）。
workbench 疲劳教程
ANSYS Workbench 疲劳分析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。
(本章之后将给予讨论)。
命和破坏…Fatigue Tool —平均应力影响—在前面曾提及，平均应力会影响S-N曲线的结果。
而“Analysis Type”说明了程序对平均应力的处理方法:•“SN-None”：忽略平均应力的影响•“SN-Mean Stress Curves”：使用多重S-N曲线（如果定义的话）•“SN-Goodman，”“SN-Soderberg，”和“SN-Gerber”：可以使用平均应力修正理论…Fatigue Tool —平均应力的影响—如果有可用的试验数据，那么建议使用多重S-N曲线(SN-Mean Stress Curves)—但是，如果多重S-N曲线是不可用的，那么可以从三个平均应力修正理论中选择。
这里的方法在于将定义的单S-N曲线“转化”到考虑平均应力的影响:1。
对于给定的疲劳循环次数，随着平均应力的增加，应力幅将有所降低2。
随着应力幅趋近零，平均应力将趋近于极限（屈服）强度3。
ANSYS疲劳分析介绍
3.1 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。
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。
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ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南第三章
发表时间：2009-2-21 作者: 安世亚太来源: e-works
关键字: CAE ansys Workbench疲劳分析
第三章不稳定振幅的疲劳
在前面一章中,考察了恒定振幅和比例载荷的情况,并涉及到最大和最小振幅在保持恒定的情况下的循环或重复载荷。
在本章将针对不定振幅、比例载荷情况,尽管载荷仍是成比例的,但应力幅和平均应力却是随时间变化的。
3.1 不规律载荷的历程和循环(History and Cycles)
对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理：
计算不规律载荷历程的循环所使用的是“雨流”rainflow循环计算，“雨流”循环计算(Rainflowcycle counting)是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术(如右面例子)，先计算不同的“平均”应力和应力幅(“range”)的循环，然后使用这组“雨流”循环完成疲劳计算。
损伤累加是通过Palmgren-Miner 法则完成的，Palmgren-Miner法则的基本思想是：在一个给定的平均应力和应力幅下，每次循环用到有效寿命占总和的百分之几。
对于在一个给定应力幅下的循环次数Ni，随着循环次数达到失效次数Nfi时，寿命用尽，达到失效。
“雨流”循环计算和Palmgren-Miner损伤累加都用于不定振幅情况。
因此，任何任意载荷历程都可以切分成一个不同的平均值和范围值的循环阵列(“多个竖条”)，右图是“雨流”阵列，指出了在每个平均值和范围值下所计算的循环次数，较高值表示这些循环的将出现在载荷历程中。
在一个疲劳分析完成以后，每个“竖条”(即“循环”)造成的损伤量将被绘出，对于“雨流”阵列中的每个“竖条”(bin)，显示的是对应的所用掉的寿命量的百分比。
在这个例子中，即使大多数循环发生在低范围/平均值，但高范围(range)循环仍会造成主要的损伤。
依据Per Miner法则，如果损伤累加到1(100%)，那么将发生失效。
3.2 不定振幅程序
a 建立引领分析(线性,比载荷)
b 定义疲劳材料特性(包括S-N曲线)
a 定义载荷历程数据,并以及平均应力的影响的处理
b 为“雨流”循环次数的计算定义bins的数量
e 求解并查看疲劳结果(例如，损伤matrix，损伤等值线图，寿命等值线等)
对于建立基于不定振幅、比例载荷情况下疲劳分析的过程，与前面讲过的第二章中介绍非常相似，但有两个例外：载荷类型的定义不同，查看的疲劳结果中包括变化的“雨流”和损伤阵列。
3.3.定义
3.3.1 定义载荷类型
在Fatigue T ool的Details 栏中, 载荷类型“Type”指的是历程数据“History Data”，既而，在“History Data Location”下定义一个外部文件. 这个文本文件将会包含一组循环(或周期)的载荷历程点，由于历程数据文本文件的数值表示的是载荷的倍数,所以比例因子“Scale Factor”也能够用于放大载荷。
3.3.2 定义无限寿命
恒定振幅载荷中,如果应力低于S-N曲线中最低限,曾提过的最后定义的循环次数将被使用。
但在不定振幅载荷下,载荷历程将被划分成各种平均应力和应力幅的“竖条”(“bins”)。
由于损伤是累积起来的，这些小应力可能造成相当大的影响，即当循环次数很高时。
因此，如果应力幅比S-N曲线的最低点低，“无限寿命”值可以在Fatigue Tool 的Details栏中输入，以定义所采用循环次数的值。
损伤的定义是循环次数与失效时次数的比值，因此对于没有达到S-N曲线上的失效循次数的小应力，“无限寿命”就提供这个值。
通过对“无限寿命”设置较大值，小应力幅循环(“Range”)的影响造成的损伤将很小，因为损伤比率较小(damage ratio)。
3.3.3 定义bin size
“竖条尺寸”(“Bin Size”)也可以在Fatigue T ool 的Details栏中定义，rainflow阵列尺寸是bin_size x bin_size。
Binsize越大，排列的阵列就越大，于是平均(mean)和范围(range)可以考虑的更精确，否则将把更多的循环次数放在
在给定的竖条中(看下图)，但是对于疲劳分析，竖条的尺寸越大,所需要的内存和CPU成本会越高。
3.3.4 定义竖条尺寸
另一方面请注意,我们可以看到单根锯齿或正弦曲线的载荷历程数据将产生与第二章中所讲的恒定振幅相似的结果。
注意，这样的一个载荷历程将产生一个与恒定振幅情况下同样的平均应力和应力幅的计算。
这个结果可能与恒定振幅情况有轻微差异取决于竖条的尺寸，因为range的均分方式可能与确切值不一致，所以，如果应用的话，推荐使用恒定振幅法。
前面的讨论非常清楚地指出“bins”的数目影响求解精度。
这是因为交互和平均应力在计算部分损伤前先被输入到
“bins”中。
这就是“Quick Counting”技术。
默认方法（因为其效率高）“Quick RainflowCounting”可以在“Details view”中关闭，在这种情况下，部分损伤
发现前数据不会被输入到“bins”，因此“bins”的数目不会影响结果。
虽然这种方法很准确，但它会耗费更多的内存和计算时间。
3.4 查看疲劳结果
定义了需要的结果以后,不定振幅情况就可以采用恒定振幅情况相似的方式，与应力分析一起或在应力分析以后进行
求解。
由于求解的时间取决于载荷历程和竖条尺寸，所在进行的求解可能要比恒定振幅情况的时间长，但它仍比常规FEM
的求解快。
结果与恒定振幅情况相似：
代替疲劳循环次数,寿命结果报告了直到失效的载荷…块‟的数量。
举个例子，如果载荷历程数据描述了一个给定的时间…块‟(假设是一周的时间)，以及指定的最小寿命是50，那么该部件的寿命就是50…块‟或50周。
损伤和安全系数(Damageand Safety Factor)基于在Details栏中输入的设计寿命(Design Life)，但仍然是以
…块‟形式出现,而不是循环。
BiaxialityIndication(双轴指示)与恒定振幅情况一样，对于不定振幅载荷均可用。
对于不定振幅情况，Equivalent Alternating Stress(等效交变应力)，不能作为结果输出。
这是因为单个值不能用于决定失效的循环次数，因而采用基于载荷历程的多个值。
Fatigue Sensitivity(疲劳敏感性)对于寿命…块‟也是可用的。
在不定振幅情况中也有一些自身独特的结果：
Rainflow阵列，虽然不是真实的结果，对于输出是有效的，在前面已经讨论了，它提供了如何把交变和平均应力从载荷历程划分成竖条的信息。
损伤阵列显示的是指定的实体(scoped entities)的评定位置的损伤。
它反映了所生成的每个竖条损伤的大小。
注意，结果是在指定的部件或表面的临界位置上的结果。