疲劳分析的基础概念及ansys术语

### 疲劳分析的基础概念及ANSYS术语 #### 疲劳的定义与关键因素 疲劳是指结构在承受低于其极限载荷的力的反复作用下发生破裂的现象。例如，一根钢材可能能够承受300kN的静态拉力，但如果在200kN的力的反复作用下，则很可能发生破坏。疲劳破坏的关键因素包括： - **经历的载荷周期数**：即结构承受的重复加载次数。 - **单周期内应力的变化幅度**：即在一次加载循环中，最大应力与最小应力之差。 - **单周期内的平均应力**：即在一次加载循环中，最大应力与最小应力的平均值。 - **局部应力集中的存在**：结构中某些部位由于形状、尺寸等因素导致应力集中。 #### ANSYS程序的任务 ANSYS程序在进行疲劳计算时，主要依据ASME锅炉与压力容器规范的第3部分（和第8部分第二章），采用了简化了的弹塑性假设和Miner累积疲劳准则。除了基于ASME规范的疲劳计算外，用户还可以通过自定义宏指令或使用第三方程序与ANSYS分析结果相结合来实现更复杂的需求。具体而言，ANSYS提供了以下疲劳计算能力： - 用户可以对现有的应力结果进行后处理来确定任何实体单元和壳单元的疲劳耗用因数（对于线单元模型的疲劳分析，用户可以手动输入应力）。 - 用户可以在预先选定的位置上确定一定数目的事件以及这些事件中的载荷，并保存这些位置上的应力。 - 用户可以为每个位置定义应力集中系数，并为每个事件定义比例因数。 #### 基本术语 - **位置**：在模型上要保存疲劳应力的节点。用户通常会选择结构上易于发生疲劳破坏的点作为位置。 - **事件**：指在一个特定的应力循环中出现的不同时刻的一系列应力状态。例如，在一个完整的加载周期中，可以将加载和卸载过程视为两个事件。 - **载荷**：一个应力状态，是事件的一部分。 - **交变应力强度**：任何两个载荷间的应力状态的差的测量值，程序不会因为平均应力的影响而调整交变应力强度。 #### 疲劳计算的步骤 疲劳计算通常在完成应力计算后的通用后处理器POST1中进行。主要包括以下五个主要步骤： 1. **进入通用后处理POST1，恢复数据库**：为了进行疲劳计算，首先需要进入POST1并恢复数据库。 - 命令：`/POST1` - GUI路径：`MainMenu > General Postproc` - 数据库文件（jobname.db）和节点应力的结果文件（jobname.rst）需要被读入当前运行的内存中。 - 命令：`RESUME` - GUI路径：`Utility Menu > File > Resume from` 2. **设定大小，疲劳材料性质和位置定义**： - 定义应力位置、事件和载荷的数量。 - 定义材料疲劳特性。 - 确定应力位置和应力集中因数。 - 命令：`FTSIZE` - GUI路径：`MainMenu > General Postproc > Fatigue > Size Settings` 3. **定义材料疲劳特性**： - S-N曲线：即交变应力强度((Smax-Smin)/2)与允许循环次数的关系曲线。ASME S-N曲线考虑了最大平均应力的影响。 - Sm-T曲线：即设计应力集中值-温度曲线。 - 弹塑性材料参数M和N（加工硬化指数）。 - 命令：`FP` - GUI路径：`MainMenu > General Postproc > Fatigue > Property Table > S-N Table` - GUI路径：`MainMenu > General Postproc > Fatigue > Property Table > Sm_TTable` - GUI路径：`MainMenu > General Postproc > Fatigue > Property Table > Elas-plas Par` 4. **保存感兴趣的位置上不同的事件和载荷的应力**，指定事件循环和比例因数。 5. **激活疲劳计算**。 6. **查看结果**。 #### 示例 以下示例展示了如何使用FP命令定义S-N曲线： ``` ! 定义S-N曲线图表: FP,1,10,30,100,300,1000,10000 ``` 通过以上介绍，我们可以了解到疲劳分析的基本概念以及在ANSYS软件中进行疲劳分析的具体步骤和方法。这为实际工程应用中的疲劳问题提供了有效的分析手段。