細(xì)解Ansys疲勞壽命分析

1、細(xì)解Ansys疲勞壽命分析2013-08-29 17:16 by:有限元 來源:廣州有道有限元 ANSYS Workbench 疲勞分析 本章將介紹疲勞模塊拓展功能的使用:使用者要先學(xué)習(xí)第4章線性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析.在這部分中將包括以下內(nèi)容:疲勞概述恒定振幅下的通用疲勞程序，比例載荷情況變振幅下的疲勞程序,比例載荷情況恒定振幅下的疲勞程序，非比例載荷情況上述功能適用于ANSYS DesignSpacelicenses和附帶疲勞模塊的更高級的licenses. A. 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:高周疲勞是當(dāng)載荷的循環(huán)（重復(fù)）次數(shù)高(如1e4 -1e

2、9)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，我們將對基于應(yīng)力疲勞理論的處理方法進(jìn)行討論. 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. 我們將針對這種最簡單的形式，首

3、先進(jìn)行討論.否則，則稱為變化振幅或非恒定振幅載荷成比例載荷 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: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 應(yīng)力定義 考慮在最大最小應(yīng)力值min和max作用下的比例載荷、恒定振幅的情況:應(yīng)力范圍定義為(max-min)平均應(yīng)力m定義為(max+min)/2應(yīng)力幅或交變應(yīng)力a是/2應(yīng)力比R 是min/ max當(dāng)施加的是大小相等且方向相反的載荷時(shí),

4、發(fā)生的是對稱循環(huán)載荷. 這就是m= 0 ,R = -1的情況.當(dāng)施加載荷后又撤除該載荷,將發(fā)生脈動循環(huán)載荷. 這就是m= max/2 , R = 0的情況. 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曲線來表示: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發(fā)展，而且有可能導(dǎo)致失效如果同個(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曲線是通過對試件做疲勞測試得到的彎曲或軸向測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,

5、 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,相反,拉伸平均應(yīng)力比零平均應(yīng)力的疲勞壽命短.對壓縮和拉伸平均應(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-N 曲線)是從反映單軸應(yīng)力狀態(tài)的測試中得到的,那么在計(jì)算壽命時(shí)就要注意設(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

6、命長短)對于不同的平均應(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))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)修正因子來解釋 總結(jié) 疲勞模塊允許用戶采用基于應(yīng)力理論的處理方法，來解決高周疲勞問題.以下情況可以用疲勞模塊來處理:恒定振幅,比例載荷(參考B節(jié))變化振幅,比例載荷(參考C節(jié))恒定振幅,非比例載荷(參考D節(jié))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,

7、 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). B. 疲勞程序(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)仿真自動執(zhí)行的.對疲勞工具的添加，無論在求解之前還是之后，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诜治鍪羌僭O(shè)線性行為的.在本節(jié)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、

8、非比例載荷的情況，將分別在以后的C 和D節(jié)中逐一討論. 疲勞程序 下面用黃色斜體字體所描述的步驟，對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 tool求解模型查看結(jié)果 幾何 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 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

9、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 Properties”)下會說明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 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（

10、“Linear”）、半對數(shù)的（“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles）或雙對數(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-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)S-N曲線也可以在不同應(yīng)力比下輸入 可以通過在“Mean Value”上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵添加新的平均值來輸入多條SN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寫到XML

11、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:Program FilesAnsysIncv80AISOLCommonFilesLanguageen-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) 接觸區(qū)域 接觸區(qū)域可以包括在疲勞分析中注意，對于在恒定振幅、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

12、接觸盡管無摩擦、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 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

13、）僅阻止壓縮法線正方向的移動，但也不會限制反方向的移動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 (設(shè)定)需要的結(jié)果 對于應(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被用到的疲勞結(jié)果，如壽

14、命和破壞 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Fatigue 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)分析將只做簡短討論 Fatigue Tool 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

15、中輸入疲勞說明載荷類型可以在“Zero-Based”、“Fully Reversed”和給定的“Ratio”之間定義也可以輸入一個(gè)比例因子，來按比例縮放所有的應(yīng)力結(jié)果 Fatigue Tool 平均應(yīng)力影響 在前面曾提及，平均應(yīng)力會影響S-N曲線的結(jié)果. 而“Analysis Type”說明了程序?qū)ζ骄鶓?yīng)力的處理方法:“SN-None”：忽略平均應(yīng)力的影響“SN-Mean Stress Curves”：使用多重S-N曲線（如果定義的話）“SN-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(S

16、N-Mean Stress 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) 可以視其為單個(gè)S-N曲線的組合線。平行線是1.0，于是對于拉伸平均應(yīng)力，S-N曲線將向下轉(zhuǎn)變。 -Goodman理論適用于低韌性材料,對壓縮平均應(yīng)力沒能做修正. Soderberg理

17、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)測出壓縮平均應(yīng)力的有害影響, 如左圖所示 缺省的平均應(yīng)力修正理論可以從“Tools Control Panel: Fatigue Analysis 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,那么將會用到在m=0 或R=-1的S-N曲線。盡管如此, 這種做法并不推薦 Fatigue Tool 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

18、在Fatigue Tool的細(xì)節(jié)欄中輸入.這個(gè)值應(yīng)小于1，以便說明實(shí)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. Fatigue Tool 應(yīng)力成分 在A部分中,注意到疲勞試驗(yàn)通常測定的是單軸應(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)示的是最大絕對主應(yīng)力，以便說明壓縮平均應(yīng)力

19、. 求解疲勞分析 疲勞計(jì)算將在應(yīng)力分析實(shí)施完以后自動地進(jìn)行.與應(yīng)力分析計(jì)算相比，恒定振幅情況的疲勞計(jì)算通常會快得多 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符號，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的求解器不會執(zhí)行分析中的疲勞部分. 疲勞模塊沒有使用ANSYS /POST1 的疲勞命令(FSxxxx, FTxxxx) 查看疲勞結(jié)果 對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

20、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 BiaxialityIndication 應(yīng)力雙軸等值線有助于確

21、定局部的應(yīng)力狀態(tài) 雙軸指示（Biaxialityindication）是較小與較大主應(yīng)力的比值(對于主應(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 回憶一下，通常疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)是光滑試件在單軸應(yīng)力作用下測定的(而扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)將針對純剪切).雙軸指示（biaxialityindication）有助于確定所關(guān)心的區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)是否與試驗(yàn)條件下的相似.在本例中，所關(guān)心的區(qū)域（中心）的B值是-1，所以剪切占主導(dǎo). 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

22、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 OptionsSimulation: Fatigue Sensitivity” 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)果收斂和警告對疲勞敏感性圖是無效的,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,

23、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. 疲勞分析步驟總結(jié): C. 疲勞: 不定振幅情況 在前面一節(jié)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.在本節(jié), 將針對不定振幅、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. 不規(guī)律載荷的歷程和循環(huán) 對于不規(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

24、”應(yīng)力和應(yīng)力幅(“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. “雨流”循環(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,指出了在每個(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)的將出現(xiàn)

25、在載荷歷程中 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出 對于“雨流”陣列中的每個(gè)“豎條”(bin)，顯示的是對應(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. 不定振幅程序 歸納一下不定振幅的步驟: 對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B部分中介紹非常相似,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 定義載荷類型 在Fatigue Tool的Detai

26、ls 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. 定義無限壽命 在恒定振幅載荷中,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

27、曲線的最低點(diǎn)低,“無限壽命”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,因此對于沒有達(dá)到S-N曲線上的失效循次數(shù)的小應(yīng)力,“無限壽命”就提供這個(gè)值.通過對“無限壽命”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傷比率較小(damage ratio). 定義binsize “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

28、)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).但是對于疲勞分析,豎條的尺寸越大,所需要的內(nèi)存和CPU成本會越高. 定義豎條尺寸 另一方面請注意,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B部分中所講的恒定振幅相似的結(jié)果.注意,這樣的一個(gè)載荷歷程將產(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. Quick Counting 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?/p>

29、應(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癚uick 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)不會被輸入到“bins”，因此“bins”的數(shù)目不會影響結(jié)果雖然這種方法很準(zhǔn)確，但它會耗費(fèi)更多的內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間 求解不定振幅情況 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,但它仍比常規(guī)FEM的求解快. 查看疲勞結(jié)果

30、 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欄中輸入的設(shè)計(jì)壽命(Design Life),但仍然是以塊形式出現(xiàn),而不是循環(huán).BiaxialityIndication(雙軸指示)與恒定振幅情況一樣,對于不定振幅載荷均可用.對于不定振幅情況，Equivalent Alternating Stress(等效交變應(yīng)力)，不能作為結(jié)果輸出。這是因?yàn)閱?/p>

31、個(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條的信息.損傷陣列顯示的是指定的實(shí)體(scoped entities)的評定位置的損傷. 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. D. 疲勞:非比例載荷 在B部分中,討論了恒定振幅和比例載荷情況.本節(jié)將針對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)果都會使用到.由于需要兩個(gè)解,所以可以采用求解組合來實(shí)現(xiàn). 非比例程序 對于恒定振幅,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,除了下面所提出的以外: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.