ANSYS的疲劳分析方法及应用

ANSYS的疲劳分析方法及应用

摘要:文章首先介绍了大型软件ANSYS分析疲劳寿命的可以实现的功能,并阐述了ANSYS疲劳分析的基本步骤,最后结合一个实例展示了分析的过程并给出了结果。

关键词:ANSYS 疲劳分析S-N曲线

1 引言

疲劳是指结构在低于静态强度极限的载荷重复作用下出现疲劳断裂的现象。如一根能够承受300kN拉力的杆,在100kN的循环载荷下,经历1000000次循环后可能出现破坏。

ANSYS具有以下疲劳计算功能:

(1)在一系列选定的位置上,确定一定数目的事件及其载荷(一个应力状态);(2)在一个选定的位置上定义应力集中系数和定义每个应力循环的比例系数;(3)用后处理所得应力计算结果确定单元疲劳寿命耗用系数。

2 ANSYS疲劳分析的基本步骤

疲劳计算在ANSYS的通用后处理器中进行,在此之前必须已经完成应力计算。ANSYS疲劳分析一般包括下列6个步骤:(1)进行通用静力分析。包括定义单元属性、建立几何模型、生成有限元模型、施

加载荷并求解;(2)进入后处理并恢复数据库。疲劳汁算在通用后处理器中进行,在此之前必须已经完成应力计算;(3)建立位置、事件和载荷的数目,定义材料疲劳性质,确定位置和应力集中系数。默认情况下,一个事件内可以包含3个位置、10个事件和3个载荷。疲劳分析时的材料性质包括:应力寿命曲线(S—N曲线)、温度应力曲线和材料的弹塑件参数M和N;(4)存储应力,指定时间循环次数和比例系数。为了进行疲劳分析,必须知道不同事件下的应力,每个位置处得载荷和每个事件的循环次数;(5)激活疲劳计算。完成上述设置后,即可进行疲劳计算。选择菜单Main Menu:General Postproc——Calculate Fatigue;(6)观察结果。疲劳计算结果包括与事件和载荷对应的疲劳强度、循环次数、寿命、温度和寿命耗用系数等。

3 ANSYS疲劳分析示例

如图1所示,一个带有小圆孔的板(200mm×100mm,孔径50mm),

一端固定,一段承受0～0.031MPa的压力,计算指定位置的疲劳寿命使用系数。材料的弹性模量E=2.0×105;泊松比μ=0.3,材料的S—N特性曲线如图2所示。

按照ANSYS疲劳分析的步骤,首先定义单元类型和材料属性,建立几何模型,划分网格,施加约束和载荷并求解,得到如图3所示有限元模型。

对生成的模型进行疲劳计算,首先输入S-N数值,由坐标值得到节点号,再指定应力位置,提取应力值,储存节点应力,设定事件重复次数(即循环次数)为8000,最后进行疲劳计算,得到疲劳分析结果如图4所示。

由图中结果可看出,允许寿命为8389次,若循环8000次,则累积疲劳系数为0.954。

参考文献

[1]商跃进.有限元原理与ANSYS应用指南[M].清华大学出版社,2005.

[2]张应迁,张洪才.ANSYS有限元分析从入门到精通[M].人民邮电出版社,2010.

[3]刘伟,高维成,于广滨.ANSYS 12.0宝典[M].电子工业出版社,2010.