ansys疲勞分析匯總

1、1.1疲勞概述結(jié)構(gòu)失效的一個(gè)常見原因是疲勞，其造成破壞與重復(fù)加載有關(guān)。疲勞通常分為兩類：?jiǎn)J周疲勞是當(dāng) 載荷的循環(huán)(重復(fù))次數(shù)高(如1e4 -1e9)的情況下產(chǎn)生的。因此，應(yīng)力通常比材料的極限強(qiáng)度低，應(yīng)力疲 勞(Stress-based )用于高周疲勞；低周疲勞是在循環(huán)次數(shù)相對(duì)較低時(shí)發(fā)生的。塑性變形常常伴隨低周疲 勞，其闡明了短疲勞壽命。一般認(rèn)為應(yīng)變疲勞( strain-based )應(yīng)該用于低周疲勞計(jì)算。在設(shè)計(jì)仿真中，疲勞模塊拓展程序(Fatigue Module add-on )采用的是基于應(yīng)力疲勞(stress-based ) 理論，它適用于高周疲勞。接下來(lái)，我們將對(duì)基于應(yīng)力疲勞理論的處理

2、方法進(jìn)行討論。1.2恒定振幅載荷在前面曾提到，疲勞是由于重復(fù)加載引起：當(dāng)最大和最小的應(yīng)力水平恒定時(shí)，稱為恒定振幅載荷，我們將針對(duì)這種最簡(jiǎn)單的形式，首先進(jìn)行討 論。否則，則稱為變化振幅或非恒定振幅載荷。1.3成比例載荷載荷可以是比例載荷，也可以非比例載荷：比例載荷，是指主應(yīng)力的比例是恒定的，并且主應(yīng)力的削減不隨時(shí)間變化，這實(shí)質(zhì)意味著由于載荷的增加或反作用的造成的響應(yīng)很容易得到計(jì)算。相反，非比例載荷沒有隱含各應(yīng)力之間相互的關(guān)系，典型情況包括：b 1/ b 2=constant在兩個(gè)不同載荷工況間的交替變化；交變載荷疊加在靜載荷上；非線性邊界條件。1.4應(yīng)力定義考慮在最大最小應(yīng)力值b min和b m

3、ax作用下的比例載荷、恒定振幅的情況：應(yīng)力范圍 b定義為(b max- b min)平均應(yīng)力 b m定義為(b max+ b min)/2應(yīng)力幅或交變應(yīng)力 b a是Ab /2應(yīng)力比R是0 min/0 maxb m=0， R=-1 的情況。當(dāng)施加的是大小相等且方向相反的載荷時(shí)，發(fā)生的是對(duì)稱循環(huán)載荷。這就是當(dāng)施加載荷后又撤除該載荷，將發(fā)生脈動(dòng)循環(huán)載荷。這就是b m=b max/2，R = 0的情況。1.5應(yīng)力-壽命曲線載荷與疲勞失效的關(guān)系，采用的是應(yīng)力-壽命曲線或S-N曲線來(lái)表示:(1) 若某一部件在承受循環(huán)載荷，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，該部件裂紋或破壞將會(huì)發(fā)展，而且有可 能導(dǎo)致失效；(2) 如果同

4、個(gè)部件作用在更高的載荷下，導(dǎo)致失效的載荷循環(huán)次數(shù)將減少；(3) 應(yīng)力-壽命曲線或S-N曲線,展示出應(yīng)力幅與失效循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。S-N曲線是通過對(duì)試件做疲勞測(cè)試得到的彎曲或軸向測(cè)試反映的是單軸的應(yīng)力狀態(tài)，影響S-N曲線的因素很多，其中的一些需要的注意，如下：材料的延展性，材料的加工工藝，幾何形狀信息，包括表面光滑度、殘余應(yīng)力以及存在的應(yīng)力集中， 載荷環(huán)境，包括平均應(yīng)力、溫度和化學(xué)環(huán)境，例如，壓縮平均應(yīng)力比零平均應(yīng)力的疲勞壽命長(zhǎng)，相反，拉 伸平均應(yīng)力比零平均應(yīng)力的疲勞壽命短，對(duì)壓縮和拉伸平均應(yīng)力，平均應(yīng)力將分別提高和降低S-N曲線。因此，記住以下幾點(diǎn)：一個(gè)部件通常經(jīng)受多軸應(yīng)力狀態(tài)。如果疲勞數(shù)據(jù)(S

5、-N曲線)是從反映單軸應(yīng)力狀態(tài)的測(cè)試中得到的，那么在計(jì)算壽命時(shí)就要注意：(1)設(shè)計(jì)仿真為用戶提供了如何把結(jié)果和S-N曲線相關(guān)聯(lián)的選擇，包括多軸應(yīng)力的選擇；(2)雙軸應(yīng)力結(jié)果有助于計(jì)算在給定位置的情況。平均應(yīng)力影響疲勞壽命，并且變換在S-N曲線的上方位置與下方位置（反映出在給定應(yīng)力幅下的壽命長(zhǎng)短）：（1）對(duì)于不同的平均應(yīng)力或應(yīng)力比值，設(shè)計(jì)仿真允許輸入多重S-N曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）；（2）如果沒有太多的多重S-N曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)），那么設(shè)計(jì)仿真也允許采用多種不同的平均應(yīng)力修正理論。早先曾提到影響疲勞壽命的其他因素，也可以在設(shè)計(jì)仿真中可以用一個(gè)修正因子來(lái)解釋。1.6總結(jié)疲勞模塊允許用戶采用基于應(yīng)力理論的處

6、理方法，來(lái)解決高周疲勞問題。以下情況可以用疲勞模塊來(lái)處理：恒定振幅，比例載荷（參考第二章）；變化振幅，比例載荷（參考第三章）；恒定振幅，非比例載荷（參考第四章）。需要輸入的數(shù)據(jù)是材料的 S-N曲線：S-N曲線是疲勞實(shí)驗(yàn)中獲得，而且可能本質(zhì)上是單軸的，但在實(shí)際的分析中，部件可能處于多軸應(yīng) 力狀態(tài)。S-N曲線的繪制取決于許多因素，包括平均應(yīng)力，在不同平均應(yīng)力值作用下的S-N曲線的應(yīng)力值可以直接輸入，或可以執(zhí)行通過平均應(yīng)力修正理論實(shí)現(xiàn)。2.1基本情況進(jìn)行疲勞分析是基于線性靜力分析，所以不必對(duì)所有的步驟進(jìn)行詳盡的闡述。疲勞分析是在線性靜力分析之后，通過設(shè)計(jì)仿真自動(dòng)執(zhí)行的。對(duì)疲勞工具的添加，無(wú)論在求解之

7、前還是之后，都沒有關(guān)系，因?yàn)槠谟?jì)算不并依賴應(yīng)力分析計(jì)算。盡管疲勞與循環(huán)或重復(fù)載荷有關(guān)，但使用 的結(jié)果卻基于線性靜力分析，而不是諧分析。盡管在模型中也可能存在非線性，處理時(shí)就要謹(jǐn)慎了，因?yàn)槠?勞分析是假設(shè)線性行為的。在本章中，將涵蓋關(guān)于恒定振幅、比例載荷的情況。而變化振幅、比例載荷的情況和恒定振幅、非 比例載荷的情況，將分別在以后的第三和四章中逐一討論。2.1.1疲勞程序下面是疲勞分析的步驟，用斜體字體所描述的步驟，對(duì)于包含疲勞工具的應(yīng)力分析是很特殊的：模型指定材料特性，包括S-N曲線；定義接觸區(qū)域（若采用的話）；定義網(wǎng)格控制（可選的）；包括載荷和支撐；（設(shè)定）需要的結(jié)果，包括Fatigue

8、tool ；求解模型；查看結(jié)果。在幾何方面，疲勞計(jì)算只支持體和面，線模型目前還不能輸出應(yīng)力結(jié)果，所以疲勞計(jì)算對(duì)于線是忽略的，線仍然可以包括在模型中以給結(jié)構(gòu)提供剛性，但在疲勞分析并不計(jì)算線模型。2.1.2 材料特性由于有線性靜力分析，所以需要用到楊氏模量和泊松比： 如果有慣性載荷，則需要輸入質(zhì)量密度；如 果有熱載荷，則需要輸入熱膨脹系數(shù)和熱傳導(dǎo)率；如果使用應(yīng)力工具結(jié)果（Stress Tool result）, 那么就需要輸入應(yīng)力極限數(shù)據(jù)，而且這個(gè)數(shù)據(jù)也是用于平均應(yīng)力修正理論疲勞分析。疲勞模塊也需要使用到在工程數(shù)據(jù)分支下的材料特性當(dāng)中S-N曲線數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類型在“疲勞特性”（“Fatigue Pro

9、perties ”）下會(huì)說(shuō)明；S-N曲線數(shù)據(jù)是在材料特性分支條下的“交變應(yīng)力與循環(huán)”（“Alternating Stress vs. Cycles ”）選項(xiàng)中輸入的。如果S-N曲線材料數(shù)據(jù)可用于不同的平均應(yīng)力或應(yīng)力比下的情況，那么多重S-N曲線也可以輸入到程序中。2.1.3疲勞材料特性添加和修改疲勞材料特性在材料特性的工作列表中，可以定義下列類型和輸入的S-N曲線，插入的圖表可以是線性的(“Linear ”)、半對(duì)數(shù)的(“ Semi -Log即 linear for stress, log for cycles)或雙對(duì)數(shù)曲線(Log-Log)。記得曾提到的，S-N曲線取決于平均應(yīng)力。如果 S-

10、N曲線在不同的平均應(yīng)力下都可適用的，那么也可以輸入多重S-N曲線，每個(gè)S-N曲線可以在不同平均應(yīng)力下直接輸入，每個(gè) 比下輸入?？梢酝ㄟ^在“ Mean Value上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵添加新的平均值來(lái)輸入多條S-N曲線也可以在不同應(yīng)力S-N曲線。2.1.4疲勞特征曲線材料特性信息可以保存 XML文件或從XML文件提取，保存材料數(shù)據(jù)文件，在material條上按右鍵， 然后用“ Export”保存成XML外部文件，疲勞材料特性將自動(dòng)寫到XML文件中，就像其他材料數(shù)據(jù)一樣。一些例舉的材料特性在如下安裝路徑下可以找到：C:ProgramFilesAnsyslncv80AISOLCommonFilesLangu

11、ageen-usEngineeringDataMaterials，“Aluminum和“Structural Steel 的 XML文件，包含有范例疲勞數(shù)據(jù)可以作為參考，疲勞數(shù)據(jù)隨著材 料和測(cè)試方法的不同而有所變化，所以很重要一點(diǎn)就是，用戶要選用能代表自己部件疲勞性能的數(shù)據(jù)2.1.5接觸區(qū)域接觸區(qū)域可以包括在疲勞分析中，注意，對(duì)于在恒定振幅、成比例載荷情況下處理疲勞時(shí)，只能包含綁定（Bonded）和不分離（No-Separation ）的線性接觸，盡管無(wú)摩擦、有摩擦和粗糙的非線性接觸也能 夠包括在內(nèi)，但可能不再滿足成比例載荷的要求。例如，改變載荷的方向或大小，如果發(fā)生分離，則可能 導(dǎo)致主應(yīng)力軸

12、向發(fā)生改變；如果有非線性接觸發(fā)生，那么用戶必須小心使用，并且仔細(xì)判斷；對(duì)于非線性 接觸，若是在恒定振幅的情況下，則可以采用非比例載荷的方法代替計(jì)算疲勞壽命。2.1.6載荷與支撐能產(chǎn)生成比例載荷的任何載荷和支撐都可能使用，但有些類型的載荷和支撐不造成比例載荷：螺栓載荷對(duì)壓縮圓柱表面?zhèn)仁┘泳剂?，相反，圓柱的相反一側(cè)的載荷將改變；預(yù)緊螺栓載荷首先施加預(yù)緊載 荷，然后是外載荷，所以這種載荷是分為兩個(gè)載荷步作用的過程；壓縮支撐（Compression Only Support ）僅阻止壓縮法線正方向的移動(dòng)，但也不會(huì)限制反方向的移動(dòng)，像這些類型的載荷最好不要用于恒定振幅和 比例載荷的疲勞計(jì)算。2.1.7

13、 （設(shè)定）需要的結(jié)果對(duì)于應(yīng)力分析的任何類型結(jié)果，都可能需要用到：應(yīng)力、應(yīng)變和變形-接觸結(jié)果（如果版本支持）；應(yīng)力工具（Stress Tool ）。另外，進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)，需要插入疲勞工具條（Fatigue Tool ）:在Solution子菜單下，從相關(guān)的工具條上添加“ Tools Fatigue Tool ”， Fatigue Tool的明細(xì)窗中將控制疲勞計(jì)算的求解選項(xiàng)；疲勞 工具條（Fatigue Tool ）將出現(xiàn)在相應(yīng)的位置中，并且也可添加相應(yīng)的疲勞云圖或結(jié)果曲線，這些是在分 析中會(huì)被用到的疲勞結(jié)果，如壽命和破壞。2.1.8需要的結(jié)果在疲勞計(jì)算被詳細(xì)地定義以后，疲勞結(jié)果可下在Fatigu

14、e Tool下指定；等值線結(jié)果（Contour ）包括 Lifes（壽命），Damage損傷），Safety Factor（安全系數(shù)），BiaxialityIndication（雙軸指示），以及Equivalent Alternating Stress（等效交變應(yīng)力）；曲線圖結(jié)果（graph results） ）僅包含對(duì)于恒定振幅分析的疲勞敏感性（fatigue sensitivity）;這些結(jié)果的詳細(xì)分析將只做簡(jiǎn)短討論。2.2 Fatigue Tool2.2.1載荷類型當(dāng)Fatigue Tool在求解子菜單下插入以后，就可以在細(xì)節(jié)欄中輸入疲勞說(shuō)明：載荷類型可以在“Zero - Based、

15、Fully Reversed ”和給定的“ Ratio ”之間定義；也可以輸入一個(gè)比例因子，來(lái)按比例 縮放所有的應(yīng)力結(jié)果。uor s |i irj 呂=HHr222 平均應(yīng)力影響在前面曾提及，平均應(yīng)力會(huì)影響S-N曲線的結(jié)果.而“Analysis Type ”說(shuō)明了程序?qū)ζ骄鶓?yīng)力的處理方法：SN- None :忽略平均應(yīng)力的影響“SNkMean Stress Curves ”：使用多重 S-N曲線(如果定義的話)“S2 Goodman；SN- Soderberg, ”和“ SN-Gerber”：可以使用平均應(yīng)力修正理論。如果有可用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么建議使用多重S-N曲線(SN-Mean Stres

16、s Curves);但是，如果多重S-N曲線是不可用的，那么可以從三個(gè)平均應(yīng)力修正理論中選擇，這里的方法在于將定義的單S-N曲線“轉(zhuǎn)化”到考慮平均應(yīng)力的影響：1. 對(duì)于給定的疲勞循環(huán)次數(shù)，隨著平均應(yīng)力的增加，應(yīng)力幅將有所降低；2. 隨著應(yīng)力幅趨近零，平均應(yīng)力將趨近于極限(屈服)強(qiáng)度；3. 盡管平均壓縮應(yīng)力通常能夠提供很多的好處，但保守地講，也存在著許多不利的因素(scaling=1=constant) 。Mewl 創(chuàng)Ahe岡單Goodman理論適用于低韌性材料，對(duì)壓縮平均應(yīng)力沒能做修正，Soderberg理論比Goodman理論更保守，并且在有些情況下可用于脆性材料，Gerber理論能夠?qū)g性

17、材料的拉伸平均應(yīng)力提供很好的擬合，但它不能正確地預(yù)測(cè)岀壓縮平均應(yīng)力的有害影響，如下圖所示。E. -、Na曲vhU-ItEE缺省的平均應(yīng)力修正理論可以從“ To ols ContPanel : FatigueAnalysis Type ”中進(jìn)行設(shè)置 -如果存在多重S-N曲線，但用戶想要使用平均應(yīng)力修正理論， 那么將會(huì)用到在 b m=0或R=-1的S-N曲線 盡管如此，這種做法并不推薦。2.2.3強(qiáng)度因子除了平均應(yīng)力的影響外， 還有其它一些影響S-N曲線的因素，這些其它影響因素可以集中體現(xiàn)在疲 勞強(qiáng)度（降低）因子Kf中，其值可以在Fatigue Tool的細(xì)節(jié)欄中輸入，這個(gè)值應(yīng)小于 1,以便說(shuō)明實(shí)

18、際部 件和試件的差異，所計(jì)算的交變應(yīng)力將被這個(gè)修正因子Kf分開,而平均應(yīng)力卻保持不變。2.2.4應(yīng)力分析在第一章中，注意到疲勞試驗(yàn)通常測(cè)定的是單軸應(yīng)力狀態(tài)，必須把單軸應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換到一個(gè)標(biāo)量值，以決定某一應(yīng)力幅下（S-N曲線）的疲勞循環(huán)次數(shù)。Fatigue Tool細(xì)節(jié)欄中的應(yīng)力分量（“Stress Component ）允許用戶定義應(yīng)力結(jié)果如何與疲勞曲線S-N進(jìn)行比較。6個(gè)應(yīng)力分量的任何一個(gè)或最大剪切應(yīng)力、最大主應(yīng)力、或等效應(yīng)力也都可能被使用到。所定義的等效應(yīng)力標(biāo)示的是最大絕對(duì)主應(yīng)力，以便說(shuō) 明壓縮平均應(yīng)力。2.3求解疲勞分析疲勞計(jì)算將在應(yīng)力分析實(shí)施完以后自動(dòng)地進(jìn)行，與應(yīng)力分析計(jì)算相比， 恒定

19、振幅情況的疲勞計(jì)算通常會(huì)快得多。如果一個(gè)應(yīng)力分析已經(jīng)完成，那么僅選擇Solution或Fatigue Tool分支并點(diǎn)擊Solve，便可開始疲勞計(jì)算。在求解菜單中（ solution branch ）的工作表將沒有輸出顯示，疲勞計(jì)算在Workbench中進(jìn)行，ANSYS勺求解器不會(huì)執(zhí)行分析中的疲勞部分，疲勞模塊沒有使用ANSYS /POST的疲勞命令（FSxxxx,FTxxxx）。2.4查看疲勞結(jié)果對(duì)于恒定振幅和比例載荷情況，有幾種類型的疲勞結(jié)果供選擇：Life （壽命）：等值線顯示由于疲勞作用直到失效的循環(huán)次數(shù)，如果交變應(yīng)力比S-N曲線中定義的最低交變應(yīng)力低，則使用該壽命（循環(huán)次數(shù)）（在本例

20、中，S-N曲線失效的最大循環(huán)次數(shù)是 1e6，于是那就是最大壽命。Damage （損傷）：設(shè)計(jì)壽命與可用壽命的比值，設(shè)計(jì)壽命在細(xì)節(jié)欄（ Details view）中定義，設(shè)計(jì) 壽命的缺省值可通過下面進(jìn)行定義“ Tools Control Panel:Fatigue Design Life。Safety Factor（安全系數(shù)）：安全系數(shù)等值線是關(guān)于一個(gè)在給定設(shè)計(jì)壽命下的失效，設(shè)計(jì)壽命值在細(xì)節(jié)欄（Details view ）輸入，給定最大安全系數(shù)SF值是15。Biaxialitylndication:應(yīng)力雙軸等值線有助于確定局部的應(yīng)力狀態(tài)，雙軸指示（Biaxialityindication ）是較

21、小與較大主應(yīng)力的比值（對(duì)于主應(yīng)力接近0的被忽略）。因此，單軸應(yīng)力局部區(qū)域?yàn)锽值為0，純剪切的為-1，雙軸的為1。等效交變應(yīng)力（Equivalent Alternating Stress）:等值線在模型上繪出了部件的等效交變應(yīng)力,它是基于所選擇應(yīng)力類型，在考慮了載荷類型和平均應(yīng)力影響后，用于詢問（query ） S-N曲線的應(yīng)力疲勞敏感性（Fatigue Sensitivity ）:一個(gè)疲勞敏感曲線圖顯示出部件的壽命、損傷或安全系數(shù)在臨界區(qū) 域隨載荷的變化而變化，能夠輸入載荷變化的極限（包括負(fù)比率），曲線圖的缺省選項(xiàng)，“ Tools menu Options - -Simulation : Fa

22、tigueSensitivity ”。任何疲勞選項(xiàng)的范圍可以是選定的部件（parts ）和/或部件的表面，收斂性可用于等值線結(jié)果。收斂和警告對(duì)疲勞敏感性圖是無(wú)效的，因?yàn)檫@些圖提供關(guān)于載荷的敏感性（例如，沒有為了收斂目的而指定的標(biāo)量選項(xiàng)）。疲勞工具也可以與求解組合一起使用，在求解組合中，多重環(huán)境可能被組合。 疲勞計(jì)算將基于不同環(huán)境的線性組合的結(jié)果。2.5總結(jié)a建立一個(gè)應(yīng)力分析（線性，比例載荷）百|(zhì)i1 car* 1*41 lirT L丁 IjWi L ua 幻.卩 ！話b定義疲勞材料特性，包括S-N曲線c定義載荷類型和平均應(yīng)力影響的處理d求解和后處理疲勞結(jié)果 Solve and postproc

23、essfatigueresults第三章不穩(wěn)定振幅的疲勞在前面一章中，考察了恒定振幅和比例載荷的情況，并涉及到最大和最小振幅在保持恒定的情況下的循環(huán)或重復(fù)載荷。在本章將針對(duì)不定振幅、比例載荷情況，盡管載荷仍是成比例的，但應(yīng)力幅和平均應(yīng)力卻是隨時(shí)間變化的。3.1不規(guī)律載荷的歷程和循環(huán) （History and Cycles）對(duì)于不規(guī)律載荷歷程，需要進(jìn)行特殊處理：計(jì)算不規(guī)律載荷歷程的循環(huán)所使用的是“雨流”rainflow循環(huán)計(jì)算，“雨流”循環(huán)計(jì)算（Rainflowcycle counting）是用于把不規(guī)律應(yīng)力歷程轉(zhuǎn)化為用于疲勞計(jì)算的循環(huán)的一種技術(shù)（如右面例子），先計(jì)算不同的“平均”應(yīng)力和應(yīng)力幅（

24、“range”）的循環(huán)，然后使用這組“雨流”循環(huán)完成疲勞計(jì)算。損傷累加是通過 Palmgren-Miner 法則完成的，Palmgren-Miner法則的基本思想是：在一個(gè)給定的 平均應(yīng)力和應(yīng)力幅下，每次循環(huán)用到有效壽命占總和的百分之幾。對(duì)于在一個(gè)給定應(yīng)力幅下的循環(huán)次數(shù) Ni，隨著循環(huán)次數(shù)達(dá)到失效次數(shù) Nfi時(shí)，壽命用盡，達(dá)到失效?！坝炅鳌毖h(huán)計(jì)算和 Palmgren-Miner損傷累加都用于不定振幅情況。因此，任何任意載荷歷程都可以切分成一個(gè)不同的平均值和范圍值的循環(huán)陣列（“多個(gè)豎條”）， 右圖是“雨流”陣列，指岀了在每個(gè)平均值和范圍值下所計(jì)算的循環(huán)次數(shù)，較高值表示這些循環(huán)的將岀現(xiàn)在 載荷歷

25、程中。在一個(gè)疲勞分析完成以后，每個(gè)“豎條”（即“循環(huán)”）造成的損傷量將被繪岀，對(duì)于“雨流”陣列中的每個(gè)“豎條”（bin），顯示的是對(duì)應(yīng)的所用掉的壽命量的百分比。在這個(gè)例子中，即使大多數(shù)循環(huán)發(fā)生在低范圍/平均值，但高范圍（range）循環(huán)仍會(huì)造成主要的損傷。依據(jù)Per Miner法則，如果損傷累加到1（100%），那么將發(fā)生失效。3.2不定振幅程序a建立引領(lǐng)分析（線性，比載荷）1 W#J E tTF4HlkIB AS *4b定義疲勞材料特性（包括S-N曲線）j hu4 L*Elife-I*ta* ；|I*LH wr*in- Rwmya定義載荷歷程數(shù)據(jù)，并以及平均應(yīng)力的影響的處理bins的數(shù)量b為

26、“雨流”循環(huán)次數(shù)的計(jì)算定義對(duì)于建立基于不定振幅、比例載荷情況下疲勞分析的過程，與前面講過的第二章中介紹非常相似, 但有兩個(gè)例外：載荷類型的定義不同，查看的疲勞結(jié)果中包括變化的“雨流”和損傷陣列。3.3.定義3.3.1定義載荷類型在Fatigue Tool的Details 欄中，載荷類型“ Type”指的是歷程數(shù)據(jù)“ History Data ，既而，在“History Data Location 下定義一個(gè)外部文件.這個(gè)文本文件將會(huì)包含一組循環(huán)(或周期)的載荷歷程點(diǎn)，由于歷程數(shù)據(jù)文本文件的數(shù)值表示的是載荷的倍數(shù)，所以比例因子“ Scale Factor ”也能夠用于放大載荷。3.3.2定義無(wú)限

27、壽命恒定振幅載荷中，如果應(yīng)力低于S-N曲線中最低限，曾提過的最后定義的循環(huán)次數(shù)將被使用。但在不定振幅載荷下，載荷歷程將被劃分成各種平均應(yīng)力和應(yīng)力幅的“豎條”(“bins ”)。由于損傷是累積起來(lái)的，這些小應(yīng)力可能造成相當(dāng)大的影響，即當(dāng)循環(huán)次數(shù)很高時(shí)。因此，如果應(yīng)力幅比S-N曲線的最低點(diǎn)低，“無(wú)限壽命”值可以在 Fatigue Tool 的Details欄中輸入，以定義所采用循環(huán)次數(shù)的值。損傷的定義是循環(huán)次數(shù)與失效時(shí)次數(shù)的比值，因此對(duì)于沒有達(dá)到S-N曲線上的失效循次數(shù)的小應(yīng)力，“無(wú)限壽命”就提供這個(gè)值。通過對(duì)“無(wú)限壽命”設(shè)置較大值，小應(yīng)力幅循環(huán)(“Range)的影響造成的損傷將很小，因?yàn)閾p傷比率

28、較小(damage ratio)。3.3.3 定義 bin size“豎條尺寸”(“Bin Size ”)也可以在 Fatigue Tool的Details 欄中定義，rainflow 陣列尺寸是 bin_size x bin_size 。Binsize越大，排列的陣列就越大，于是平均(mean)和范圍(range)可以考慮的更精確，否則將把更多的循環(huán)次數(shù)放在在給定的豎條中(看下圖)，但是對(duì)于疲勞分析，豎條的尺寸越大，所需要的內(nèi)存和CPU成本會(huì)越高。3.3.4定義豎條尺寸另一方面請(qǐng)注意，我們可以看到單根鋸齒或正弦曲線的載荷歷程數(shù)據(jù)將產(chǎn)生與第二章中所講的恒定 振幅相似的結(jié)果。注意，這樣的一個(gè)載荷

29、歷程將產(chǎn)生一個(gè)與恒定振幅情況下同樣的平均應(yīng)力和應(yīng)力幅的計(jì) 算。這個(gè)結(jié)果可能與恒定振幅情況有輕微差異取決于豎條的尺寸，因?yàn)閞ange的均分方式可能與確切值不一致，所以，如果應(yīng)用的話，推薦使用恒定振幅法。前面的討論非常清楚地指出“ bins ”的數(shù)目影響求解精度。這是因?yàn)榻换ズ推骄鶓?yīng)力在計(jì)算部分損傷前先被輸入到“ bins ”中。這就是“ Quick Counting ”技術(shù)。默認(rèn)方法（因?yàn)槠湫矢撸?Quick RainflowCounting ”可以在“ Details view”中關(guān)閉，在這種 情況下，部分損傷發(fā)現(xiàn)前數(shù)據(jù)不會(huì)被輸入到“bins ”，因此“ bins ”的數(shù)目不會(huì)影響結(jié)果。雖

30、然這種方法很準(zhǔn)確，但它會(huì)耗費(fèi)更多的內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。3.4查看疲勞結(jié)果定義了需要的結(jié)果以后，不定振幅情況就可以采用恒定振幅情況相似的方式，與應(yīng)力分析一起或在 應(yīng)力分析以后進(jìn)行求解。由于求解的時(shí)間取決于載荷歷程和豎條尺寸，所在進(jìn)行的求解可能要比恒定振幅 情況的時(shí)間長(zhǎng)，但它仍比常規(guī)FEM的求解快。結(jié)果與恒定振幅情況相似：代替疲勞循環(huán)次數(shù)，壽命結(jié)果報(bào)告了直到失效的載荷塊的數(shù)量。舉個(gè)例子，如果載荷歷程數(shù)據(jù) 描述了一個(gè)給定的時(shí)間塊（假設(shè)是一周的時(shí)間），以及指定的最小壽命是50，那么該部件的壽命就是50 塊或50周。損傷和安全系數(shù)（Damageand Safety Factor） 基于在Details 欄中

31、輸入的設(shè)計(jì)壽命 （Design Life） 但仍然是以塊形式岀現(xiàn)，而不是循環(huán)。Biaxialitylndication（雙軸指示）與恒定振幅情況一樣，對(duì)于不定振幅載荷均可用。對(duì)于不定振幅情況，Equivalent Alternating Stress（等效交變應(yīng)力），不能作為結(jié)果輸出。這是因?yàn)閱蝹€(gè)值不能用于決定失效的循環(huán)次數(shù)，因而采用基于載荷歷程的多個(gè)值。Fatigue Sensitivity（疲勞敏感性）對(duì)于壽命塊也是可用的。在不定振幅情況中也有一些自身獨(dú)特的結(jié)果：Rainflow 陣列，雖然不是真實(shí)的結(jié)果，對(duì)于輸出是有效的，在前面已經(jīng)討論了，它提供了如何把 交變和平均應(yīng)力從載荷歷程劃分成豎

32、條的信息。損傷陣列顯示的是指定的實(shí)體（scoped entities）的評(píng)定位置的損傷。它反映了所生成的每個(gè)豎條損傷的大小。注意，結(jié)果是在指定的部件或表面的臨界位置上的結(jié)果。4T 第四章 非比例載荷的疲勞分析在第二章中，討論了恒定振幅和比例載荷情況，本節(jié)將針對(duì)恒定振幅非比例載荷情況進(jìn)行介紹。其 基本思想是用兩個(gè)加載環(huán)境代替單一加載環(huán)境，進(jìn)行疲勞計(jì)算，不采用應(yīng)力比，而是采用兩個(gè)載荷環(huán)境的 應(yīng)力值來(lái)決定最大最小值。由于同一組應(yīng)力結(jié)果不并不成比例，這就是為什么這種方法稱為非比例 (non-proportional) 的原因，但是兩組結(jié)果都會(huì)使用到，由于需要兩個(gè)解，所以可以采用求解組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于恒定振幅，非比例情況的處理過程與恒定振幅、比例載荷的求解基本相同，除了下面所提岀的以 外：1. 建立兩個(gè)帶不同載荷條件的環(huán)境(two Environment )分支條。2. 增加一個(gè)求解組合分支條 (Solution Combination branch)，并定義兩個(gè)環(huán)境。3. 為求解組合(solution combination) 添加Fati