ansys疲勞分析教程

1、1.1 1.1 疲勞概述 疲勞概述結(jié)構(gòu)失效的一個常見原因是疲勞，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 -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)相對較低時發(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)該用于低周疲勞計算。在設(shè)計仿真中，疲勞

2、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。1.2 1.2 恒定振幅載荷 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，稱為恒定振幅載荷，我們將針對這種最 簡單的形式，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 1.3 成比例載荷 成比例載荷載荷可

3、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：σ1/σ2=constant在兩個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 1.4 應(yīng)力定義 應(yīng)力定義考慮在最大最小應(yīng)力值 σmin min和 σmax max作用下的比例載荷、恒定振幅

4、的情況：應(yīng)力范圍 Δσ 定義為(σmax-σmin min)平均應(yīng)力 σm定義為(σmax max+σmin min)/2應(yīng)力幅或交變應(yīng)力 σa 是 Δσ/2應(yīng)力比 R 是 σmin/σmax當(dāng)施加的是大小相等且方向相反的載荷時，發(fā)生的是對稱循環(huán)載荷。這就 是 σm=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 σm=σmax/2，R=0 的情況。 1.5 1.5 應(yīng)力 應(yīng)力-壽命曲線 壽命曲線載荷與疲勞失

5、效的關(guān)系，采用的是應(yīng)力-壽命曲線或 S-N 曲線來表示：（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 壞將會發(fā)展，而且有可能導(dǎo)致失效；（2）如果同個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

6、：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。在幾何方面，疲勞計算只支持體和面，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

7、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”)選項中輸入的