Ansys nCode疲劳分析

AnsysMechanical内嵌nCode疲劳仿真工具疲劳分析是分析结构受到周期性载荷作用下，结构应力远小于强度极限情况，甚至结构应力比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏的情况。

Ansys nCode是国际著名的疲劳耐久性仿真分析软件，其多个版本以前已经可以和Ansys Mechanical进行无缝以进行联合分析。

而在最新版的Ansys Mechanical 2020R2中可以进一步将nCode进行内嵌，完成结构分析后即可进行疲劳仿真设置，从而提高疲劳仿真效率。

已安装完成nCode Embedded DesignLifeEmbedded nCode 疲劳分析模块内嵌系统分析流程树示意图Embedded nCode Designlife内嵌到Mechanical模块中，需要使用到以下插件MechanicalEmbeddedDesignLife.wbex，其操作方法参见附录。

下面是笔者实际工作中的一个疲劳仿真案例，说明如何在Ansys Mechanical中使用Embedded nCode分析工具。

如下图，为某空调压缩机模型，外壳通过三处安装柱以螺纹形式进行固定，皮带轮在外载荷作用下，带动内部压缩阀等部件转动，进而实现空气压缩。

由于压缩机工作过程为高速运转过程，同时其上的皮带轮所受到的外部载荷具有较大的波动性，因此容易造成压缩机壳体等部件在工作过程中发生疲劳失效，进而影响压缩机的正常工作，从而需要对压缩机壳体等部件进行疲劳仿真计算。

之前版本的Ansys Mechanical软件需要在完成结构分析后，在拖入nCode的相应模块进行疲劳仿真，如下图所示。

要进行疲劳仿真需要打开nCode界面，并在nCode模块中进行设置，此种方式的优势在于可以使用全面的nCode功能。

但是缺点在于需要在不同的界面进行切换以及数据传递更新。

新的Ansys Mechanical 2020R2 将nCode的部分功能内嵌到Mechanical，在完成结构分析或者调整后，可以直接在同一个界面下进行仿真计算。

ANSYS疲劳分析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。

1.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)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：(1)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)；(2)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；(3)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。

2.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。

载荷(Loading)：是事件的一部分，是其中一个应力状态。

应力幅：两个载荷之间应力状态之差的度量。

程序不考虑应力平均值对结果的影响。

3.疲劳计算完成了应力计算后，就可以在通用后处理器POST1 中进行疲劳计算。

文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）市场的激烈竞争，促使着企业不断降低产品的研发成本，不断缩短产品的研发时间，推动产品的创新以及可持续性设计。

在此基础上，对产品研发提出了另外一个非常重要的要求-延长产品寿命，确保产品疲劳耐久性。

大部分产品在经历了反复载荷作用下，出现疲劳现象，功能将会失效，产品的寿命将到期。

那么，如何延长产品的寿命呢？最有效的方法，就是通过仿真，优化计算产品的形状、大小和材料，从而延长产品寿命。

ANSYS nCode DesignLife就是这样一款软件。

产品介绍ANSYS nCode DesignLife是集成在ANSYS Workbench 平台上的高级疲劳分析模块，为客户提供先进的疲劳分析解决方案。

ANSYS nCode DesignLife由ANSYS公司与专注疲劳分析领域的HBM公司合作推出。

HBM的ncode是疲劳领域最优秀的软件之一，已有超过25年的历史。

ANSYS nCode DesignLife主要模块有：功能特色1、完全集成于ANSYS WorkBench平台以流程图形式建立分析任务；无缝读取ANSYS计算结果；与ANSYS共享材料数据库；在WorkBench平台上统一进行参数管理，可用DesignXplore软件进行优化。

2.Click & Drag操作方式，易学易用以“Drag”建立疲劳分析流程；以“Click”完成相关设置；疲劳分析流程可重复执行。

3.先进的疲劳分析技术高周疲劳的应力寿命（SN）计算；低周和高周疲劳的应变寿命（EN）计算；裂纹扩展；复杂加载条件下预测耐久极限、安全因子；焊点、焊缝的焊接疲劳计算；高级振动疲劳分析计算（PSD）；在多轴应力状态评估的基础上，自动选择计算方法。

4.构建任意复杂的载荷谱时间序列；恒幅载荷；时间步载荷；温度载荷；Hybrid载荷；振动载荷；Duty Cycle。

5.强大的疲劳结果输出功能云图、标记显示；输出自动鉴别疲劳关键区域和热点；疲劳分析结果表格输出；组件结果输出；输出指定位置的应力、应变历程；Studio Glyph自动报告生成。

ANSYSnCodeDesignLife疲劳分析-高性能计算ANSYS nCode DesignLife疲劳分析-高性能（并行）分析设置及效率1、概述ANSYS nCode DesignLife疲劳分析计算效率比较高，相比于ANSYS Mechanical，它无需求解矩阵方程，因此一般无需高性能计算，只要用单核计算就可以很快得到计算结果。

当然，如果模型的规模很大，载荷量也增大的情况下，也需要很长的计算时间，采用高性能计算能够得到很好的计算效率。

当然可以采用部分模型计算的方式，减小计算规模，比如对于实体模型，只计算表面的节点的结果；对于壳类结果，只计算关键部分的结果等。

但是对于需要完整模型计算的大规模模型或大规模载荷情况下，高性能计算很有必要。

2、分析步骤a）设置分析流程，采用应力常幅载荷分析b）进行结构强度分析c）进入ANSYS nCode DesignLife界面材料采用默认的AISI_4340_125；载荷设置最大因子为1，最小为-1；设置并行d）模型及计算效率统计有限元模型：节点数量3475762，单元数量2546689。

（143970）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（8线程，求解时间9.626）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（4线程，求解时间39.339）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（2线程，求解时间43.098）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（1线程，求解时间55.027）ANSYS nCode DesignLife计算信息：（默认，求解时间39.322）3、总结根据计算结果，当计算线程数从1增加到2再到4时，求解速率提高幅度较小；当计算线程数从4增加到8时，求解速率大幅度提高，从39.339骤减至9.626。

注：本次测试只是一次简单的测试，不一定能完全展示nCode DL 的高性能计算能力。

振动疲劳—ansys随机振动疲劳分析随机振动疲劳分析流程图随机振动疲劳分析将第一步频率响应分析得到的结果文件作为输入，并在疲劳软件中输入振动过程中的PSD曲线，经计算得到零件的振动疲劳寿命。

故随机振动疲劳分析可分为如下步骤：1.频率响应分析结果输入2.功率谱密度PSD输入3.材料疲劳特性设置4.各工况与PSD关联设置5.振动疲劳求解器参数设置6.输出设置7.分析结果处理频率响应分析结果输入功率谱密度PSD输入振动疲劳求解器Ncode云图显示输出设置Ncode随机振动疲劳分析流程图1.频率响应分析结果输入频率响应分析应与PSD 的单位相对应，比如PSD 单位为g^2/Hz ，则进行频率响应分析时可输入1g 的加速度激励来分析。

（如采取单位制ton-mm-s-N ，此时1g 的加速度激励为9800mm/s^2，应在分析中输入9800大小的加速度激励）1.1单位问题1.2频率响应分析结果输出设置为了避免输出结果过大，可以在输出中设置需要进行疲劳分析的部件，以set 形式输出，同时可设置输出频次Frequency=n ，只输出频响分析应力结果即可。

*OUTPUT, FIELD, Frequency=5 *ELEMENT OUTPUT, ELSET = ele_setS, 以Abaqus 进行频响分析为例，输出设置如下：每5步输出一次只输出单元集合名为ele_set 的应力结果2.功率谱密度PSD输入PSD可以用以下2种方式输入：1.通过MultiColumnInput读入定义好的CSV文件输入2.通过VibrationGenerator生成PSD 曲线CSV文件格式如下：（可在帮助文档中找一个PSD的CSV文件作为模板）。