WORKBENCH疲劳分析指南

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。

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：（1）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；（2）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)：（1）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)；（2）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。

1.6 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(参考第二章)；

变化振幅，比例载荷(参考第三章)；

恒定振幅，非比例载荷(参考第四章)。

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。

2.1 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。

在本章中，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，将分别在以后的第三和四章中逐一讨论。

2.1.1 疲劳程序

下面是疲劳分析的步骤，用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。

在几何方面，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。

2.1.2 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。

2.1.3 疲劳材料特性

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。如果S-N曲线在不同的平均应力下都可适用的，那么也可以输入多重S-N曲线，每个S-N曲线可以在不同平均应力下直接输入，每个S-N曲线也可以在不同应力比下输入。

可以通过在“Mean Value”上点击鼠标右键添加新的平均值来输入多条S－N曲线。

2.1.4 疲劳特征曲线

材料特性信息可以保存XML文件或从XML文件提取，保存材料数据文件，在material条上按右键，然后用“Export …”保存成XML外部文件，疲劳材料特性将自动写到XML文件中，就像其他材料数据一样。

一些例举的材料特性在如下安装路径下可以找到：

C:\ProgramFiles\AnsysInc\v80\AISOL\CommonFiles\Language\en-us\Enginee ringData\Materials，“Aluminum”和“Structural Steel”的XML文件，包含有范例疲劳数据可以作为参考，疲劳数据随着材料和测试方法的不同而有所变化，所以很重要一点就是，用户要选用能代表自己部件疲劳性能的数据

2.1.5 接触区域

接触区域可以包括在疲劳分析中，注意，对于在恒定振幅、成比例载荷情况下处理疲劳时，只能包含绑定（Bonded）和不分离（No-Separation）的线性接触，尽管无摩擦、有摩擦和粗糙的非线性接触也能够包括在内，但可能不再满足成比例载荷的要求。例如，改变载荷的方向或大小，如果发生分离，则可能导致主应力轴向发生改变；如果有非线性接触发生，那么用户必须小心使用，并且仔细判断；对于非线性接触，若是在恒定振幅的情况下，则可以采用非比例载荷的方法代替计算疲劳寿命。

2.1.6 载荷与支撑

能产生成比例载荷的任何载荷和支撑都可能使用，但有些类型的载荷和支撑不造成比例载荷：螺栓载荷对压缩圆柱表面侧施加均布力，相反，圆柱的相反一侧的载荷将改变；预紧螺栓载荷首先施加预紧载荷，然后是外载荷，所以这种载荷是分为两个载荷步作用的过程；压缩支撑（Compression Only Support）仅阻止压缩法线正方向的移动，但也不会限制反方向的移动，像这些类型的载荷最好不要用于恒定振幅和比例载荷的疲劳计算。

2.1.7 (设定)需要的结果

对于应力分析的任何类型结果，都可能需要用到：应力、应变和变形–

接触结果(如果版本支持)；应力工具（Stress Tool）。

另外，进行疲劳计算时，需要插入疲劳工具条（Fatigue Tool）：在Solution子菜单下，从相关的工具条上添加“Tools > Fatigue Tool”，Fatigue Tool的明细窗中将控制疲劳计算的求解选项；疲劳工具条（Fatigue Tool）将出现在相应的位置中，并且也可添加相应的疲劳云图或结果曲线，这些是在分析中会被用到的疲劳结果，如寿命和破坏。

2.1.8 需要的结果

在疲劳计算被详细地定义以后，疲劳结果可下在Fatigue Tool下指定；等值线结果（Contour）包括Lifes(寿命)，Damage(损伤)，Safety Factor（安全系数），BiaxialityIndication（双轴指示），以及Equivalent Alternating Stress（等效交变应力）；曲线图结果(graph results)）仅包含对于恒定振幅分析的疲劳敏感性(fatigue sensitivity)；这些结果的详细分析将只做简短讨论。

2.2 Fatigue Tool

2.2.1 载荷类型

当Fatigue Tool在求解子菜单下插入以后，就可以在细节栏中输入疲劳说明：载荷类型可以在“Zero-Based”、“Fully Reversed”和给定的“Ratio”之间定义；也可以输入一个比例因子，来按比例缩放所有的应力结果。

2.2.2 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。

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.尽管平均压缩应力通常能够提供很多的好处，但保守地讲，也存在着许多不利的因素(scaling=1=constant)。

Goodman理论适用于低韧性材料，对压缩平均应力没能做修正，Soderberg理论比Goodman理论更保守，并且在有些情况下可用于脆性材料，Gerber理论能够对韧性材料的拉伸平均应力提供很好的拟合，但它不能正确地预测出压缩平均应力的有害影响，如下图所示。

缺省的平均应力修正理论可以从“T ools > Control Panel：

Fatigue>Analysis Type”中进行设置–如果存在多重S-N曲线，但用户想要使用平均应力修正理论，那么将会用到在σm=0或R=-1的S-N曲线。尽管如此，这种做法并不推荐。

2.2.3 强度因子

除了平均应力的影响外，还有其它一些影响S-N曲线的因素，这些其它影响因素可以集中体现在疲劳强度(降低)因子Kf中，其值可以在Fatigue Tool 的细节栏中输入，这个值应小于1，以便说明实际部件和试件的差异，所计算的交变应力将被这个修正因子Kf分开,而平均应力却保持不变。

2.2.4 应力分析

在第一章中，注意到疲劳试验通常测定的是单轴应力状态，必须把单轴应力状态转换到一个标量值，以决定某一应力幅下(S-N曲线)的疲劳循环次数。Fatigue Tool细节栏中的应力分量(“Stress Component”)允许用户定义应力结果如何与疲劳曲线S-N进行比较。6个应力分量的任何一个或最大剪切应力、最大主应力、或等效应力也都可能被使用到。所定义的等效应力标示的是最大绝对主应力，以便说明压缩平均应力。

2.3 求解疲劳分析

疲劳计算将在应力分析实施完以后自动地进行，与应力分析计算相比，恒定振幅情况的疲劳计算通常会快得多。如果一个应力分析已经完成，那么仅选择Solution或Fatigue Tool 分支并点击Solve，便可开始疲劳计算。在求解菜单中（solution branch）的工作表将没有输出显示，疲劳计算在Workbench中进行，ANSYS的求解器不会执行分析中的疲劳部分，疲劳模块没有使用ANSYS /POST1的疲劳命令(FSxxxx, FTxxxx)。

2.4 查看疲劳结果

对于恒定振幅和比例载荷情况，有几种类型的疲劳结果供选择：

Life（寿命）：等值线显示由于疲劳作用直到失效的循环次数，如果交变应力比S-N曲线中定义的最低交变应力低，则使用该寿命（循环次数）(在本例中，S-N曲线失效的最大循环次数是1e6，于是那就是最大寿命。

Damage（损伤）：设计寿命与可用寿命的比值，设计寿命在细节栏（Details view）中定义，设计寿命的缺省值可通过下面进行定义“Tools > Control Panel:Fatigue > Design Life。

Safety Factor（安全系数）：安全系数等值线是关于一个在给定设计寿命下的失效，设计寿命值在细节栏（Details view）输入，给定最大安全系数SF值是15。

BiaxialityIndication：应力双轴等值线有助于确定局部的应力状态，双轴指示（Biaxialityindication）是较小与较大主应力的比值(对于主应力接近0的被忽略)。因此，单轴应力局部区域为B值为0，纯剪切的为-1，双轴的为1。

等效交变应力(Equivalent Alternating Stress）：等值线在模型上绘出了部件的等效交变应力，它是基于所选择应力类型，在考虑了载荷类型和平均应力影响后，用于询问（query）S-N曲线的应力。

疲劳敏感性( Fatigue Sensitivity )：一个疲劳敏感曲线图显示出部件的寿命、损伤或安全系数在临界区域随载荷的变化而变化，能够输入载荷变化的极限(包括负比率)，曲线图的缺省选项，“Tools menu > Options…Simulation：Fatigue>Sensitivity”。

任何疲劳选项的范围可以是选定的部件（parts）和/或部件的表面，收敛性可用于等值线结果。收敛和警告对疲劳敏感性图是无效的，因为这些图提供关于载荷的敏感性(例如，没有为了收敛目的而指定的标量选项)。

疲劳工具也可以与求解组合一起使用，在求解组合中，多重环境可能被组合。疲劳计算将基于不同环境的线性组合的结果。

2.5 总结

a 建立一个应力分析(线性,比例载荷)

b 定义疲劳材料特性,包括S-N

曲线

c 定义载荷类型和平均应力影响的处理

d 求解和后处理疲劳结果Solv

e and postprocessfatigue results

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 Tool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 Tool 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。

在第二章中,讨论了恒定振幅和比例载荷情况，本节将针对恒定振幅非比例载荷情况进行介绍。其基本思想是用两个加载环境代替单一加载环境，进行疲劳计算，不采用应力比，而是采用两个载荷环境的应力值来决定最大最小值。由于同一组应力结果不并不成比例，这就是为什么这种方法称为非比例(non-proportional)的原因,但是两组结果都会使用到，由于需要两个解，所以可以采用求解组合来实现。

对于恒定振幅,非比例情况的处理过程与恒定振幅、比例载荷的求解基本相同,除了下面所提出的以外:

1.建立两个带不同载荷条件的环境(two Environment )分支条。

2.增加一个求解组合分支条( Solution Combination branch)，并定义两个环境。

3.为求解组合(solution combination)添加Fatigue Tool (和其他结果) ,并将载荷类型定义“非比例”（Non-Proportional）。

4.(定义)所需的结果并求解。

4.1 建立两个载荷环境( two loading environments:)

这两个载荷环境可以有两组不同的载荷以模仿两载荷的交互形式(支撑也是一样)，例如，一个是弯曲载荷，另一个是扭转载荷作为两个环境(Environments)，这样的疲劳载荷计算将假定为在这样的两个载荷环境下的交互受载的。一个交互载荷可以叠加到静载荷上，例如，有一个恒定压力和一个力矩载荷。对于其中一个环境(Environment)仅定义恒定压力，而另一个环境定义为恒定压力力矩载荷。这就将模仿成一个恒定压力和交变力矩。非线性支撑/接触(supports/contact)或非比例载荷的使用，例如，仅有一个压缩支撑，只要阻止刚体运动，那么两个环境应该反映的是某一方向和其相反的方向的载荷。

4.2 从模型分支条下增加一个求解组合( Solution Combination )

在工作表(Worksheet)中，添加用于计算的两个环境(Environments)。注意，系数可以是一个数值，只有一种情况除外，即结果是被缩放的。注意，两个环境将会很好地用于非比例载荷。从两个环境（Environments）产生的应力结果将决定对于给定位置的应力范围。

4.3 求解组合(solution combination)添加Fatigue Tool

“Non-Proportional”必须作为“Type”在Details 栏中定义。任何其他选项将把两个环境(two Environments)当作线性组合(见sectionB的结尾)，比例系数、疲劳强度系数(因子)、分析类型以及应力组分都可以进行相应地设置。

4.4 (定义)所需的其它结果并求解

对于非比例载荷，用户可能需要获得与作用在比例载荷情况下同样的结果。

唯一的差别在于双轴指示(BiaxialityIndication)。由于所进行的分析是在作用在非比例载荷条件下，所以对于给定的位置，没有单个应力双轴性存在.应力双轴性的平均或标准偏差可以在Details栏中进行设置。

平均应力双轴性是直接用来解释的.标准偏差显示的是在给定位置的应力状态改变量.因此,一个小标准偏差值是指行为接近比例载荷；而大的标准偏差

WORKBENCH疲劳分析指南

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/ σ 2=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 min和σ max作用下的比例载荷、恒定振幅的情况: 应力范围 Δ (T定义为(σ max- σ min) 平均应力σ m定义为(σ max+ T min)∕2 应力幅或交变应力σ a是Δ σ /2 应力比R是min/ max 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σ m=0, R=-I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 m=σ max/2 ，R=O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。 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

Ansys12.0 Mechanical教程-5热分析

Workbench -Mechanical Introduction 第六章 热分析

概念 Training Manual ?本章练习稳态热分析的模拟，包括： A.几何模型 B B.组件-实体接触 C.热载荷 D.求解选项 E E.结果和后处理 F.作业6.1 本节描述的应用般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了?本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra ANSYS Structural 提示：在S S热分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析 ?ANSYS

Training Manual 稳态热传导基础 ?对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得： ()[]{}(){} T Q T T K =?假设： –在稳态分析中不考虑瞬态影响[K]可以是个常量或是温度的函数–[K] 可以是一个常量或是温度的函数–{Q}可以是一个常量或是温度的函数

稳态热传导基础 Training Manual ?上述方程基于傅里叶定律： ?固体内部的热流（Fourier’s Law）是[K]的基础； ?热通量、热流率、以及对流在{Q}为边界条件； ?对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关 ?在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。

A. 几何模型 Training Manual ?热分析里所有实体类都被约束： –体、面、线 ?线实体的截面和轴向在DesignModeler中定义 ?热分析里不可以使用点质量（Point Mass）的特性 ?壳体和线体假设： –壳体：没有厚度方向上的温度梯度 –线体：没有厚度变化，假设在截面上是一个常量温度 ?但在线实体的轴向仍有温度变化

WORKBENCH疲劳分析指南

1、1 疲劳概述 结构失效得一个常见原因就是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类:高周疲劳就是当载荷得循环（重复）次数高(如1ｅ４—1e9)得情况下产生得。因此,应力通常比材料得极限强度低,应力疲劳（Ｓtｒess—based）用于高周疲劳；低周疲劳就是在循环次数相对较低时发生得。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(F ａｔｉgue Module aｄｄ—on)采用得就是基于应力疲劳（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得处理方法进行讨论。?１、2 恒定振幅载荷?在前面曾提到,疲劳就是由于重复加载引起：当最大与最小得应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单得形式，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?载荷可以就是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，就是指主应力得比例就是恒定得,并且主应力得削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷得增加或反作用得造成得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得关系,典型情况包括: σ１/σ２＝conｓtant 在两个不同载荷工况间得交替变化； 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与σmａx作用下得比例载荷、恒定振幅得情况： 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就是Δσ/2 应力比R就是σｍｉn/σmax?当施加得就是大小相等且方向相反得载荷时，发生得就是对称循环载荷.这就就是σｍ=0,R=－1得情况. 当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷.这就就是σm=σmaｘ/2,R ＝0得情况.?１、5 应力—寿命曲线 载荷与疲劳失效得关系,采用得就是应力-寿命曲线或S—N曲线来表(1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定得循环次数后，该部件示：? 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得载荷下，导致失效得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得关系。?Ｓ—N曲线就是通过对试件做疲劳测试得到得弯曲或轴向测试反映得就是单轴得应力状态,影响S－N曲线得因素很多,其中得一些需要得注意，如下： 材料得延展性,材料得加工工艺,几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在得应力集中，载荷环境,包括平均应力、温度与化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力得疲劳寿命长,相反，拉伸平均应力比零平均应力得疲劳寿命短,对压缩与拉伸平均应力,平均应力将分别提高与降低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

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。 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)

WORKBENCH疲劳分析

1.1 疲劳概述 结构失效地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：高周疲劳是当载荷地循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)地情况下产生地.因此,应力通常比材料地极限强度低,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地.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）采用地是基于应力疲劳（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地处理方法进行讨论. 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： 当最大和最小地应力水平恒定时,称为恒定振幅载荷,我们将针对这种最简单地形式,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,是指主应力地比例是恒定地,并且主应力地削减不随时间变化,这实质意味着由于载荷地增加或反作用地造成地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地关系,典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间地交替变化； 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作用下地比例载荷恒定振幅地情况： 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 当施加地是大小相等且方向相反地载荷时,发生地是对称循环载荷.这就是σm=0,R=-1地情况. 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地情况. 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效地关系,采用地是应力-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, 经过一定地循环次数后,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地载荷下,导致失效地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地关系. S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到地弯曲或轴向测试反映地是单轴地应力状态,影响S-N曲线地因素很多,其中地一些需要地注意,如下：

ansysworkbench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

细解Ansys疲劳寿命分析

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

基于ANSYSWORKBENCH的摩擦生热分析

本篇文章说明，如何在WORBENCH中通过改变单元的形式来做摩擦生热的耦合分析。 【问题描述】 在一个定块上，有一个滑块。在滑块顶顶面上施加一垂直于表面指向定块的10MPa的分布力系。现在滑块在定块表面上滑行3.75mm，要求摩擦而产生的热量，并计算滑块和定块内部的温度分布和应力分布。 定块的尺寸：宽5mm，高1.25mm，厚1mm 滑块的尺寸：宽1.25mm，高1.5mm，厚1mm 材料：弹性模量：7e10Pa;泊松比：0.3；密度：2700kg/m(3);热膨胀系数：23.86e-6/k；摩擦系数：0.2；热导率：150W/(M K)；比热：900J/(kg K） (注)该问题来自于许京荆的《ANSYS13.0 WORKBNCH数值模拟技术》,中国水利水电出版社，2012，P381. 【问题分析】 关键技术分析： 此问题属于摩擦生热，不能够使用载荷传递法，而只能使用直接耦合法。这就是说，只能用一个耦合单元来计算摩擦生热问题。 解决该问题的基本思路如下: (1) 使用瞬态结构动力学分析系统 （2）在该系统中更改单元为PLANE223,它是一个耦合单元，可以完成多种耦合分析，这里使用其结构-热分析功能。 （3）定义两个载荷步，第一步将动块移动到指定位置，第二步保持最终位置，以获得平衡解。 （4）在求解设置中，关闭结构分析的惯性部分，而只做静力学结构分析，但是对于热分析仍旧做瞬态热分析。

（5）由于使用了瞬态动力学分析，结果中默认是没有温度可以直接从界面中得到的。需要自定义结果，提取温度。 （6）此问题要多处使用插入命令的方式，从而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。 （7）瞬态结构动力学分析系统的工程数据中，无法得到热分析的部分参数，所以需要先创建一个单独的工程数据系统，然后把它与瞬态结构动力学分析的工程数据单元格相关联。 （8）在DM中创建两个草图，然后根据草图得到面物体。再对这两个面物体进行平面 应力的分析。 （9）本博文的主要目的是要阐述：如何在WORKBENCH中使用耦合单元进行多物理场的耦合分析。 【求解过程】 1.进入ANSYS WORKBENCH14.5 2. 创建瞬态结构分析系统 3.设置材料属性。 双击engineering data,加入新材料，命名为al，设置属性如下。

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。 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：（1）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；（2）双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况。

细解Ansys疲劳寿命分析

细解Ansys疲劳寿命分析 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

ansys workbench疲劳分析流程

ansys workbench疲劳分析流程 基于S-N曲线的疲劳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，得到相应的疲劳寿命。ansys workbench的疲劳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： V on-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（反映在平均应力或r上））。同强度理论类似，V on-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(rain flow counting method)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）。 （3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环 如果有不同r值下的S-N曲线，一般采用插值方法确定未知r值下的S-N曲线。如果只有r=-1的S-N曲线，可采用如下的公式计算等效的应力（就是将r！＝－1的单轴应力转换为r=-1时的单轴应力，即等效应力）： （Sa/Se)+(Sm/Su)^n=1 ^为指数运算符。 其中，Sa为半应力幅值，Se为欲求的等效应力，Sm为平均应力，Su和n不同的取值，构成不同的理论： Theory Su n ------------------------------------------------------------------ Soderberg yield stress (sy) 1 Goodman ultimate tensile stress (su) 1 Gerber ultimate tensile stress (su) 2 Morrow true fracture stress (sf) 1 ----------------------------------------------------------------- 至此，已经可以查询标准的S-N曲线了，结合Miner准则，可以计算疲劳寿命了。

基于ANSYSWORKBENCH的保温桶的稳态热分析

【问题描述】 一个保温桶，由4层组成。从外到内依次是：钢，铝，复合材料，铝。桶内是热水，而桶外是空气。需要确定桶壁的温度场分布。已知：桶内半径是0.1米，桶长度为0.1米，从内到外，4层厚度分别是0.01米，0.02米，0.01米，0.005米，钢，复合材料，铝的导热系数分别是60.5(瓦/米度),0.055(瓦/米度),236(瓦/米度)，水温80摄氏度，空气温度为摄氏度，空气对流系数是12.5（瓦/平方米度）. （《注》该例子来自于许京荆编著的《ANSYS 13.0 WORKBENCH数值模拟技术》，2012年） 【建模分析】 1.这是一个稳态热分析问题，需要使用steady-state thermal模块。 2. 这是一个轴对称问题，只需要分析其一个径向截面，然后用2D分析的轴对称进行处理。 3.几何建模。在DM中创建四个草图，然后分别形成四个面体，再形成一个多体构件。 4.边界条件。对里层使用温度边界条件，对外层设置对流换热边界条件。 【求解过程】 1. 打开ANSYS WORKBNCH14.5。 2. 创建稳态热分析系统。

3. 设置三种材料的导热系数。 双击engineering data，打开工程数据，新创建三种材料，分别是STEEL,AL,compound,并分别设置其导热系数。 钢材的导热系数 铝的导热系数 复合材料的导热系数 创建完毕，退回到项目中。 4.创建几何模型。 双击geometry，进入到DM中。选择长度的单位是米。 在XOY面内创建四个草图。 这四个草图是四个相邻的矩形，其位置及尺寸如下图。

分别由这4个草图生成4个面。 其图形如下 将上述四个物体生成一个多体构件。

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）。 （3）r!=-1的简单单轴应力循环-->r=-1的r!=-1的简单单轴应力循环

Workbench瞬态热分析

Workbench瞬态热分析 问题描述：将一个温度为900摄氏度的钢球放在空气中冷却，分别查看钢球和外部空气的温度变化。分析类型：瞬态热分析分析平台：ANSYS Workbench 17.0分析人：技术邻一无所有就是打拼的理由研究模型：自定义 一、引言结构热分析主要包括热传导、热对流、热辐射，热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒。传热即是热量传递，凡是有温差存在的地方，必然有热量的传递。传热现象在现实生活中普遍存在，比如食物的加热，冷却，有相变存在的蒸发冷凝换热等。热分析类型主要有稳态热分析和瞬态热分析。稳态热分析中，我们只关心物体达到热平衡状态时的热力条件，而不关心达到这种状态所用的时间。在稳态热分析中，任意节点的温度不随时间的变化而变化。一般来说，在稳态热分析中所需要的唯一材料属性是热导率。在瞬态热分析中，我们只关心模型的热力状态与时间的函数关系，比如对水的加热过程。在瞬态热分析中，需要对材料赋予热导率，密度，比热容等材料属性及初始温度，求解时间和时间增量这些边界条件。在装配体的热分析中，我们还要考虑到接触区域传热，由于接触面可能存在表面粗糙度，接触压力等情况存在，导致存在接触热阻。接触面存在两种传热方式，一种是附体间的热传递，另一种是通过空

隙层的热传导，但因为气体的热导率比较低，所以接触热阻不利于传热。由于钢球散热与时间有关，我们选择瞬态热分析进行钢球的散热分析。 二、分析思路及流程在分析中，我们忽略空气的流动。先进行稳态热分析，获得瞬态热分析的初始条件，然后将其传递到瞬态热分析中；在瞬态热分析中添加空气对流换热，来求解随时间变化的温度场。分析流程如下图所示： 三、模型建立及网格划分：由于选取模型比较简单，我们在DM中建立一个钢球，选择钢球的半径为30mm，然后在外侧包络一层空气，包络厚度选择30mm，由于模型是对称的，为了节省计算时间，减少计算量，选取1/4模型进行研究（也可以选取1/8）。由于模型较为简单，网格采用自动划分，模型及网格如下图所示：四、边界条件施加及结果分析：因为该问题为瞬态热分析，我们需要先进行稳态热分析获得瞬态热分析所需要的初始 条件，对钢球设置初始温度为900摄氏度，空气初始温度为22摄氏度，将稳态热分析的结果作为瞬态分析的初始条件，对空气对流换热系数为10W/m2K。对瞬态热分析分为2个时间步，两个时间步分别设置为60s，因此钢球散热共计120s。钢球在散热120s后的温度场如下图所示，从图中可以看出，钢球向空气散热120s后，钢球的最高温度为895.91摄氏度，靠近钢球侧的空气温度上升较为明显，基

手把手教你用ANSYSworkbench

手把手教你用ANSYS workbench 本文的目的主要是帮助那些没有接触过ansys workbench的人快速上手使用这个软件。在本文里将展示ansys workbench如何从一片空白起步，建立几何模型、划分网格、设置约束和边界条件、进行求解计算，以及在后处理中运行疲劳分析模块，得到估计寿命的全过程。 一、建立算例 打开ansys workbench，这时还是一片空白。 首先我们要清楚自己要计算的算例的分析类型，一般对于结构力学领域，有静态分析（Static Structural）、动态分析（Rigid Dynamics）、模态分析（Modal）。

在Toolbox窗口中用鼠标点中算例的分析类型，将它拖出到右边白色的Project Schematic窗口中，就会出现一个算例框图。比如本文选择进行静态分析，将Static Structural条目拖出到右边，出现A框图。 在算例框图中，有多个栏目，这些是计算一个静态结构分析算例需要完成的步骤，完成的步骤在它右边会出现一个绿色的勾，没有完成的步骤，右边会出现问号，修改过没有更新的步骤右边会出现循环箭头。第二项EngineeringData 已经默认设置好了钢材料，如果需要修改材料的参数，直接双击点开它，会出现Properties窗口，一些主要用到的材料参数如下图所示：

点中SN曲线，可在右侧或者下方的窗口中找到SN曲线的具体数据。窗口出现的位置应该与个人设置的窗口布局有关。

二、几何建模 现在进行到第三步，建立几何模型。右键点击Grometry条目可以创建，或者在Toolbox窗口的Component Systems下面找到Geometry条目，将它拖出来，也可以创建，拖出来之后，出现一个新的框图，几何模型框图。 双击框图中的Geometry，会跳出一个新窗口，几何模型设计窗口，如下图所示：

基于AnsysWorkbench软件热分析的复拌机烟气管道结构设计

1　复拌机烟气管道结构概述 复拌机上的烟气管道是连接热风炉与加热装置的重要部件，用来引导烟气加热路面。由于烟气流量大，温度高，且管道是由薄壁圆筒构成，在大的热负荷作用下，管道要承受的热应力和产生的热变形很大。因此， 确保管道在热载荷作用下的应力不超过材料的极限值，以及尽量减少管道的散热损失，是管道设计的关键。烟气管道初始设计如图1所示，管道为夹层结构，出 于保温的需要，在内、外筒之间设有保温层，考虑制造、安装等因素，管道设计成四段，每段之间通过法兰连接，在高温烟气的作用下，管道可以从高温端向低温端伸长，每一段管道的法兰与内、外筒之间通过焊接方式联接。 内筒的热量相等时，各零件的温度不再上升，烟气管道达到了热平衡，此后进入了稳态传热状态，温度与热流量均不随时间变化。每一段烟气管道的热平衡过 程都是相似的，并且瞬态传热过程只占很少部分。 本文主要针对一段烟气管道的稳态传热状态进行 研究。先设定管道的表面温度，用理论方法计算出保温层的导热系数和管道表面的热流密度，然后将保温层的导热系数作为已知条件，用Ansys workbench 软件 对烟气管道模型进行热分析，获得管道表面温度及热流密度的分布，将软件仿真的结果与理论计算的结果进行比较。将温度载荷施加到烟气管道模型上进行热应力分析，得到管道的热应力与热变形，根据结果对模型结构进行优化改进后，利用软件进行验证，最终确定管道的结构符合设计要求。 2　烟气管道稳态传热设计计算 2.1　计算简化与设定 由于实际工况是复杂多变的，要进行稳态传热计 算，必须做适当的简化和设定。 （1）假定烟气的温度及流速分布已充分发展，从入口到出口的烟气温度均保持在500℃且流速稳定。 （2）不考虑温度及热量的轴向传递。 （3）假设保温层与内、外筒都接触良好，不考虑接触热阻。 （4）烟气管道外表面的温度设计值初步定为50℃。 2.2　烟气管道的传热设计计算 烟气管道的传热设计，是在一定的结构尺寸的基础 摘　要：利用 Ansys workbench 软件对复拌机烟气管道进行稳态热分析，求解出管道的温度场分布和热流密度，用热-结构耦合方法将热载荷施加到结构中，得出了热应力与应变的分布规律。验证了热传导理论计算的准确性，分析了结构上不合理之处，并依据计算结果对结构进行了优化改进。再次求解的结果表明，结构改进的方法是正确的，获得了明显的效果。 关键词：烟气管道　稳态热分析　热应力 基于Ansys Workbench软件热分析的复拌机 烟气管道结构设计 Make the Hot Analysis of the Gas Pipeline Design for the Re-mixing Machine to Be Based on the Ansys Workbench Software 长沙中联重工科技发展股份有限公司 卜 伟/Bu Wei 图1 烟气管道初始结构示意图 工作时，大约500℃的烟气从管道入口进入，一部分热量由烟气携带从出口出去，进入下一段管道，另一部分热量由高温烟气通过辐射与强制对流方式传递到内筒，内筒升温并向保温层传热，热量在保温层内自内向外传导，传递到外筒，在外筒的外表面通过辐射与自然对流的方式向环境散热，外表面温度越高，其对流与辐射的热量越大。当外表面的散热量与烟气传递给 活动法兰 外筒 保温层 内筒 固定法兰

ANSYSWORKBENCH疲劳分析指南

ANSYS WORKBENCH 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疲劳分析实例.

AHSYS 作业A12 疲劳 作业M2-目标 Sha^cFMer AN、、、? H ■: d■気ro tanavM?律》枫fi人??.aewwwRt *4) 口?■fMTEMir ?|? ?￡ FulN *屮?少 4W0WW-

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