ANSYS疲劳分析结果实例

疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下，出现断裂破坏的现象。例如一根能够承受 300 KN 拉力作用的钢杆，在 200 KN 循环载荷作用下，经历 1,000,000 次循环后亦会破坏。导致疲劳破坏的主要因素如下：

????? 载荷的循环次数；

????? 每一个循环的应力幅；

????? 每一个循环的平均应力；

????? 存在局部应力集中现象。

????? 真正的疲劳计算要考虑所有这些因素，因为在预测其生命周期时，它计算“消耗”的某个部件是如何形成的。

???? ANSYS程序处理疲劳问题的过程

????? ANSYS 疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规范(ASME Boiler and Pressure

Vessel Code)第三节(和第八节第二部分)作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和Mimer累积疲劳准则。

????? 除了根据 ASME 规范所建立的规则进行疲劳计算外，用户也可编写自己的宏指令，或选用合适的第三方程序，利用 ANSYS 计算的结果进行疲劳计算。《ANSYS APDL Programmer‘s Guide》讨论了上述二种功能。

????? ANSYS程序的疲劳计算能力如下：

????? 对现有的应力结果进行后处理，以确定体单元或壳单元模型的疲劳寿命耗用系数(fatigue usage factors)(用于疲劳计算的线单元模型的应力必须人工输入)；

????? 可以在一系列预先选定的位置上，确定一定数目的事件及组成这些事件的载荷，然后把这些位置上的应力储存起来；

????? 可以在每一个位置上定义应力集中系数和给每一个事件定义比例系数。

???? 基本术语

????? 位置(Location)：在模型上储存疲劳应力的节点。这些节点是结构上某些容易产生疲劳破坏的位置。

????? 事件(Event)：是在特定的应力循环过程中，在不同时刻的一系列应力状态，见本章 §。

Ansys上机操作（第2次）

Ansys二维实体分析实例操作步骤

依照如下求解指导，进行一个角袈的静力分析。重点掌握平面实体模型的建立方法，熟悉工作平面设置及布尔（Booleans）运算的基本方法。

注意分析过程中使用的ANSYS分析步骤，以及几次将内存中的数据存到文件中的操作。

问题描述

求解图示角袈在A孔处完全紧固情况下，对B孔处施加一个向下的、从边缘到中间逐渐变大的力（模拟由紧固螺钉产生的压力）。分析角袈的变形，具体参数条件如下：

PMIN = 50 KN

PMAX = 500 KN

E = 3.0×106 Psi

板厚 = 0.5

泊松比= 0.27

1. 启动 ANSYS

以交互模式进入ANSYS，工作文件名为 Study2。

2. 设定分析模块（偏好设置）

a. Main Menu: Preferences

b. 选择 Structural.

c. 选择 OK.

前处理

3. 设定单元类型及相应选项

a. Main Menu: Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete

b. 选择 Add . . .

c. 左边单元库列表中选择 Solid.

d. 在右边单元列表中选择 quad 8 node 82(Plane82).

e. 选择 Option 修改 K3 选项： Plane strs w/thk （平板应力）

f. 选择 OK关闭对话框.

g. 选择 Close 关闭单元类型对话框.

4. 定义实常数.

a. Main Menu: Preprocessor > Real Constants

b. 选择 Add/Edit/Delete…

c. 选择 OK 定义Plane82的实常数.

d. 在 TNK项添加参数： 0.5 （厚度）

j. 选择 OK 定义实常数并关闭对话框.

k. 选择 Close 关闭实常数对话框. ( 0,-1 ) ( 0, 1 ) ( 6,1 )

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。

ANSYS 分析

实例集

Whtao1998 汇集

1 1．ANSYS SOLID65 环向布置钢筋的例子 .............................................................................4

2.混凝土非线性计算实例（1）- MISO 单压........................................................................6

3.混凝土非线性计算实例（2）- MISO 约束压....................................................................7

4.混凝土非线性计算实例（3）- KINH 滞回......................................................................10

5.混凝土非线性计算实例（4）- KINH 压-拉裂................................................................12

6.混凝土非线性计算实例（5）...........................................................................................13

7.混凝土非线性计算实例（6）...........................................................................................15

8.混凝土非线性计算实例（7）- MISO 滞回......................................................................17